KR101360086B1 - 레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법 및 이에 따라 형성되는 나노패턴 - Google Patents
레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법 및 이에 따라 형성되는 나노패턴 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법 및 이에 따라 형성되는 나노패턴에 관한 것으로, 상세하게는 나노입자 분산액을 이용하여 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계(단계 4);를 포함하는 나노패턴의 형성방법을 제공한다. 본 발명에 따른 레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법은 각각의 공정이 간단하고, 상온·대기압 조건에서 공정을 수행할 수 있어 공정비용을 절감할 수 있으며, 패턴 형성에 사용되는 물질에 제한이 없어 다양한 원료물질을 이용하여 패턴을 형성할 수 있다. 또한, Bottom-up 방식으로 나노패턴을 형성함에 따라 표면거칠기가 우수하고, 마스크나 마스터 금형과 같은 종래의 방식과는 달리 반복 정밀도가 우수하며, 패턴의 형상을 자유로이 변형시킬 수 있다. 나아가, 제조공정 중 발생하는 유해물질이 없으며, 잔여 나노입자를 재활용하는 것이 가능하며, 기판과 나노입자가 서로 상이한 재질이더라도 나노패턴을 용이하게 형성시킬 수 있다.
Description
본 발명은 레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법 및 이에 따라 형성되는 나노패턴에 관한 것이다.
액정 디스플레이(Liquid Crystal Display) 장치, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 등의 디스플레이 장치는 외부광의 표면 반사에 의하여 주변의 사물이 화면에 비춰질 수 있으며, 이에 따라 화면에 표시되는 화면이 잘 보이지 않는 경우가 있다. 이러한 표면 반사는 디스플레이 장치의 화면이 대면적화될수록, 그리고 주변이 밝을수록 더 빈번하게 나타날 수 있다. 이러한 표면 반사가 심하게 되면 디스플레이 화면을 가리게 되므로, 이를 주시하는 사용자가 영상을 잘 볼 수 없는 문제가 있다.
이러한 외부광에 의한 표면 반사를 방지하기 위하여, 디스플레이 장치의 표시 화면에 반사 방지 필름을 부착하는 방법이 제안되었다. 반사 방지 필름은 화상 표시 장치의 외부 입사광을 줄여서, 사용자가 화상 표시 장치 자체에서 나오는 빛을 선명하게 관찰할 수 있도록 하고, 더욱 선명한 색상을 구현할 수 있도록 하는 특성을 가진다.
반사 방지 필름은 크게 AG(Anti-Glare) 타입과 AR(Anti-Reflection) 타입으로 나눌 수 있다.
AG 타입은 표면에 미세한 요철 구조를 형성하여 빛의 정반사를 방지하며, 이를 위해 기재 필름 등의 지지체 상에 수십 ~ 수백 나노미터(nm) 크기의 미립자와 결합제 수지, 경화제 수지의 혼합물을 코팅, 도포함으로써 미세 요철 구조를 형성한다. 이러한 AG 타입의 반사 방지 필름은 비교적 가공이 쉬운 장점을 가지고 있으나, 미세한 화소의 경우에는 사용된 미립자의 크기에 따라 오히려 화상 품질이 저하되는 문제가 있다. 따라서, AG 타입의 반사 방지 필름은 디스플레이 장치에 사용하는 것이 부적합한 경우가 있으며, 특히 고해상도로 구현되는 작은 사이즈의 디스플레이 장치로의 사용은 더욱 곤란한 문제가 있다.
AR 타입의 반사 방지 필름은 매질의 굴절율과 두께에 따른 빛의 파장, 강도의 변화를 통한 간섭 효과를 이용하여 표면에서의 반사율을 낮춘다. 이를 위하여, AR 타입은 굴절율이 서로 다른 여러 층의 적층 구조(예를 들어, 2층 - 5층)로 이루어진다. 그리고 적층 구조는 코팅필름의 접합, 직접 증착, 스퍼터링, 이온 도금, 이온빔 증착법 등을 방법을 통해 형성될 수 있으며, 또는 적층 구조의 각각의 층으로 그라비아 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 롤 코팅, 바 코팅, 딥 코팅 등의 방법을 통해 도료를 코팅하여 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 AR 타입의 반사 방지 필름은 적층 과정에서의 손실이 크고, 제조공정이 복잡하여 양산성이 떨어지며, 가격이 비싼 문제가 있다.
따라서, 최근의 디스플레이 장치로 적용하기 위한 반사 방지 필름은 표면에 미세한 요철 패턴을 형성하여 빛의 정반사를 방지하는 AG 타입이 이용되고 있으며, 이를 제조하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이러한 패턴 형성을 위해 간접 리소그래피(interference lithography), 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography, NIL), E-빔 리소그래피(E-beam lithography) 등의 공정이 사용되고 있으며, 또한 몰딩된 패턴을 따라 미세 나노패턴을 형성시키는 공정이 사용되고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2011-0077867호 (공개일 2011년 07월 07일)에서는 반사 방지 필름 및 그 제조방법이 개시된 바 있으며, 상기 반사 방지 필름은 투광성 물질로 형성된 기재, 돌출부가 반복되는 돌기 형상의 패턴으로 기재의 상면에 형성된 모스-아이 나노 구조물(moth-eye nano structure), 및 모스-아이 나노 구조물 상에 형성된 탑 레이어(top layer)를 포함한다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2011-0118018호 (공개일 2011년 10월 28일)에서는 반사 방지 필름의 제조방법이 개시된 바 있으며, 투명 필름 위에 소프트 몰드인 나노 패터닝된 금형을 갖는 롤을 이용하여 패턴을 형성하여 반사 방지 필름을 제조하고 있다.
나아가, 대한민국 등록특허 제10-1021061호 (등록일 2011년 03월 03일)에서는 반사 방지용 디스플레이 윈도우 패널의 제조 방법이 개시된 바 있으며, 미세패터닝된 마스터 금형을 이용하여 반사방지용 미세 나노 패턴을 형성시키고 있다.
그러나, 이러한 금형을 사용하는 방법은 마스터 금형의 반복적 사용으로 인하여 반복정밀도가 저하되는 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 미세 나노 패턴을 형성하기 위한 방법을 연구하던 중, 나노입자들을 기판 상에 약한 결합력으로 부착시킨 후, 레이저를 이용하여 패턴영역의 나노입자를 기판에 융착시킴으로써, 나노패턴을 형성시키는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법 및 이에 따라 형성되는 나노패턴을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
나노입자 분산액을 이용하여 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계(단계 4);를 포함하는 나노패턴의 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
나노입자 분산액을 이용한 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blogett)기술을 통해 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계(단계 4);를 포함하는 나노패턴의 형성방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 방법들에 의해 기판 상에 형성된 나노패턴을 제공한다.
본 발명에 따른 레이저 조사를 이용한 나노패턴의 형성방법은 각각의 공정이 간단하고, 상온·대기압 조건에서 공정을 수행할 수 있어 공정비용을 절감할 수 있으며, 패턴 형성에 사용되는 물질에 제한이 없어 다양한 원료물질을 이용하여 패턴을 형성할 수 있다. 또한, Bottom-up 방식으로 나노패턴을 형성함에 따라 표면거칠기가 우수하고, 마스크나 마스터 금형과 같은 종래의 방식과는 달리 반복 정밀도가 우수하며, 패턴의 형상을 자유로이 변형시킬 수 있다. 나아가, 제조공정 중 발생하는 유해물질이 없으며, 잔여 나노입자를 재활용하는 것이 가능하며, 기판과 나노입자가 서로 상이한 재질이더라도 나노패턴을 용이하게 형성시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 나노입자를 기판 상에 도포시키는 것을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 4는 나노입자가 도포된 기판의 표면 및 나노입자의 배열모습을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 5는 나노입자로 레이저를 조사하여 나노입자가 기판에 융착되는 것을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 나노패턴 형성방법에 의해 형성된 나노패턴을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 8 및 도 9는 기판 상에 도포된 나노입자들을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4는 나노입자가 도포된 기판의 표면 및 나노입자의 배열모습을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 5는 나노입자로 레이저를 조사하여 나노입자가 기판에 융착되는 것을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 나노패턴 형성방법에 의해 형성된 나노패턴을 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 8 및 도 9는 기판 상에 도포된 나노입자들을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
본 발명은
나노입자 분산액을 이용하여 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계(단계 4);를 포함하는 나노패턴의 형성방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 1은 나노입자 분산액을 이용하여 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계이다.
상기 나노입자들은 수 내지 수백 nm 크기의 미립자들로, 경우에 따라 수 ㎛ 크기의 입자들도 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 나노입자들을 분산시킨 분산액은 휘발성 유기용매에 나노입자를 균질하게 분산시켜 제조될 수 있다.
이때, 상기 휘발성 유기용매로는 이소프로판올(Isopropanol), 1-부탄올(1-butanol), 톨루엔(toluene), 디클로로메탄(Dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF), 2-프로판올(2-propanol), 아세톤(Acetone), 디메틸포름아미드(dimethyformamide) 등을 사용할 수 있으며, 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 나노입자는 TiO2 , SiO2, MnO2, Fe2O3, ATO(Antimony Tin Oxide), BaSO4, BiOCl, CaCO3, Ca3(PO4)2, Co0 .5Zn0 .5Fe2O4, FePO4, ITO(Indium Tin Oxide), Li2MoO4, MoO3, WO3, Y2Eu2O3, YBa2Cu3O(7-x), YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia), ZnO 등을 사용할 수 있다.
나아가, 상기 기판은 SiO2, TiO2, ZnO, 유리, 실리콘 웨이퍼, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트 재질의 기판을 사용할 수 있으며, 상기 나노입자와 동일한 재질의 기판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 단계 1에서 나노입자 분산액을 기판 상에 도포하는 것은 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blogett), 스핀 코팅, 슬럿다이 코팅, 스프레이 코팅, 딥-코팅 등의 방법으로 수행될 수 있으며, 이를 통해 나노입자들을 기판 상에 조밀하게 부착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계이다.
상기 단계 1에서 기판에 도포된 나노입자는 분산액의 제조에 사용된 유기용매가 표면에 잔류하며, 이를 제거하기 위하여 단계 2에서는 나노입자가 도포된 기판을 건조시킨다. 이때, 상기 단계 2의 건조는 자연건조를 통해 수행될 수 있으며,일정온도 이상의 온도조건으로 기판을 가열하여 더욱 신속하게 건조를 수행할 수 있다. 그러나, 기판을 가열하여 건조를 수행하는 경우, 나노입자 및 기판의 녹는점보다는 낮고, 유기용매의 기화점보다는 높은 온도에서 건조가 수행되어야 하며, 상기 가열로 인하여 나노입자 및 기판에 변형이 가해지지 않도록 한다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계이다.
나노패턴을 형성함에 있어서, 형성시키고자 하는 패턴을 미리 설정해두며, 단계 3에서는 미리 설정해둔 소정의 패턴이 형성될 패턴영역으로만 레이저를 조사한다. 상기 패턴영역으로 레이저를 조사함으로써 기판 상에 부착된 나노입자가 에너지를 흡수하게 되며, 나노입자와 기판의 접촉면이 용융되면서 나노입자와 기판 사이의 융착이 일어난다. 이러한 융착을 통해, 레이저가 조사된 패턴영역에 존재하는 나노입자만을 기판으로 융착시킬 수 있다.
이때, 상기 레이저는 나노입자가 가지는 밴드갭보다 낮은 파장을 가지는 것이 바람직하다.
상기 밴드갭은 나노입자가 에너지를 흡수할 수 있는 최소파장으로서 나노입자의 밴드갭보다 낮은 파장의 레이저를 조사하는 경우 나노입자가 에너지를 쉽게 흡수할 수 있다. 이때, 나노입자의 밴드갭보다 긴 파장(=낮은에너지)을 가지는 레이저를 조사하면, 에너지 조사량에 비해 나노입자가 흡수하는 에너지 흡수량이 적어서 기판으로의 융착이 어려운 문제가 있다. 이와 같이, 나노입자의 밴드갭보다 긴 파장(=낮은에너지)을 가지는 레이저를 조사하는 경우에는 출력을 강하게 조절하여 레이저를 조사함으로써 나노입자를 기판으로 융착시킬 수 있으나, 나노입자가 가지는 밴드갭보다 낮은 파장을 가지는 레이저를 조사하는 것이 낮은 출력에서도 나노입자를 기판으로 융착시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계이다.
단계 3에서 패턴영역에 레이저를 조사함으로써 기판에 융착된 나노입자는 기판과 강하게 결합되어 있는 반면, 레이저가 조사되지 않는 영역에 존재하는 나노입자는 매우 약한 결합력으로 기판에 부착된다. 따라서, 상기 단계 4에서 레이저가 조사된 기판을 세척함으로써, 레이저가 조사되지 않는 영역에 존재하는 나노입자들을 기판으로부터 제거할 수 있다. 즉, 레이저가 조사되어 기판에 융착된 나노입자만이 기판 상에 잔류하여 나노패턴을 형성하게 된다.
이때, 상기 단계 4의 세척은 세척용액 내에서 초음파를 가하여 수행될 수 있으며, 상기 세척용액으로는 에탄올을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은
나노입자 분산액을 이용한 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blogett)기술을 통해 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계(단계 4);를 포함하는 나노패턴의 형성방법을 제공한다.
상기 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 1은 나노입자 분산액을 이용한 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blogett)기술을 통해 나노입자를 기판 상에 도포하는 단계이다.
랭뮤어-블로젯 기술은 단분자 박막 형성에 널리 쓰이는 방법으로, 상기 단계 1의 랭뮤어-블로젯 기술을 통한 나노입자의 도포는 도 １ 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 수행될 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참고하면, 우선 나노입자 분산액을 용액이 담긴 수조에 떨어뜨려 나노입자 단층 계면을 형성시킨다. 이때, 상기 나노입자 단층 계면의 형성은 빛의 회절 현상을 이용하여 확인가능하며, 과량의 나노입자가 존재함에 따라 다층 계면이 형성되는 경우 회절에 의한 색변화를 통해 확인할 수 있다. 상기 단층 계면이 형성된 후, 나노입자를 도포하고자 하는 기판을 이동시켜 계면들 사이에 존재할 수 있는 홀(hole)들을 제거한다. 상기 홀을 제거함으로써 나노입자들이 조밀하게 배열된 나노입자 단층 계면을 형성시킬 수 있다. 이때, 기판을 과도하게 이동시키는 경우, 단층 계면이 깨지는 문제가 있으므로, 상기 기판의 이동은 서서히 진행되어야 하며, 바람직하게는 계면 형성에 사용된 용액의 증발속도와 기판의 이동속도를 일치시켜 이동을 수행한다.
홀이 제거되어 나노입자들이 조밀하게 배열된 나노입자 단층 계면은 기판을 서서히 이동시킴으로써, 나노입자가 기판에 부착되어 도포된다. 이때, 나노입자를 도포하고자 하는 기판의 전체에 나노입자가 부착되지만, 나노패턴을 형성하고자 하는 면에 부착된 나노입자를 제외한 나머지 나노입자들을 에탄올을 이용하여 쉽게 제거할 수 있다. 또한, 제거된 나노입자들은 재활욜하여 나노입자 부착에 사용할 수 있다.
한편, 상기 단계 1에서 나노입자 단층 계면을 형성시키기 위하여 사용되는 용액은 기판 및 나노입자와 반응하지 않는 용액 모두를 사용할 수 있으며, 분산액으로 사용된 용매와의 친화력을 고려하여 선택한다. 바람직하게는 상기 용액으로 탈이온수를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 나노입자 분산액은 나노입자를 유기용매에 분산시켜 제조될 수 있으며, 상기 유기용매로는 이소프로판올(Isopropanol), 1-부탄올(1-butanol), 톨루엔(toluene), 디클로로메탄(Dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF), 2-프로판올(2-propanol), 아세톤(Acetone), 디메틸포름아미드(dimethyformamide) 등을 사용할 수 있고, 이들의 혼합물 또한 사용할 수 있다.
상기 나노입자로는 TiO2 , SiO2, MnO2, Fe2O3, ATO(Antimony Tin Oxide), BaSO4, BiOCl, CaCO3, Ca3(PO4)2, Co0 .5Zn0 .5Fe2O4, FePO4, ITO(Indium Tin Oxide), Li2MoO4, MoO3, WO3, Y2Eu2O3, YBa2Cu3O(7-x), YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia), ZnO 등을 사용할 수 있으며, 상기 기판으로는 SiO2, TiO2, ZnO, 유리, 실리콘 웨이퍼, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트 재질의 기판을 사용할 수 있다. 상기 나노입자 및 기판의 재질은 동일할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계이다.
상기 단계 1에서 기판에 도포된 나노입자는 도 4에 나타낸 바와 같이, 기판 상부에 조밀하게 도포되며, 이때, 상기 나노입자의 표면에는 분산액의 제조에 사용된 유기용매가 잔류한다. 이를 제거하기 위하여 단계 2에서는 나노입자가 도포된 기판을 건조시킨다. 이때, 상기 단계 2의 건조는 자연건조를 통해 수행될 수 있으며,일정온도 이상의 온도조건으로 기판을 가열하여 더욱 신속하게 건조를 수행할 수 있다. 그러나, 기판을 가열하여 건조를 수행하는 경우, 나노입자 및 기판의 녹는점보다는 낮고, 분산액의 유기용매 및 단계 1에서 사용된 용액의 기화점보다는 높은 온도에서 건조가 수행되어야 하며, 상기 가열로 인하여 나노입자 및 기판에 변형이 가해지지 않도록 한다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계이다.
나노패턴을 형성함에 있어서, 형성시키고자 하는 패턴을 미리 설정해두며, 단계 3에서는 미리 설정해둔 소정의 패턴이 형성될 패턴영역으로만 레이저를 조사한다. 상기 패턴영역으로 레이저를 조사함으로써 기판 상에 부착된 나노입자가 에너지를 흡수하게 되며, 도 5에 나타낸 바와 같이 나노입자와 기판의 접촉면이 용융되면서 나노입자와 기판 사이의 융착이 일어난다. 이러한 융착을 통해, 레이저가 조사된 패턴영역에 존재하는 나노입자만을 기판으로 융착시킬 수 있다.
이때, 상기 레이저는 나노입자가 가지는 밴드갭보다 낮은 파장을 가지는 것이 바람직하다.
상기 밴드갭은 나노입자가 에너지를 흡수할 수 있는 최소파장으로서 나노입자의 밴드갭보다 낮은 파장의 레이저를 조사하는 경우 나노입자가 에너지를 쉽게 흡수할 수 있다. 이때, 나노입자의 밴드갭보다 긴 파장(=낮은에너지)을 가지는 레이저를 조사하면, 에너지 조사량에 비해 나노입자가 흡수하는 에너지 흡수량이 적어서 기판으로의 융착이 어려운 문제가 있다. 이와 같이, 나노입자의 밴드갭보다 긴 파장(=낮은에너지)을 가지는 레이저를 조사하는 경우에는 출력을 강하게 조절하여 레이저를 조사함으로써 나노입자를 기판으로 융착시킬 수 있으나, 나노입자가 가지는 밴드갭보다 낮은 파장을 가지는 레이저를 조사하는 것이 낮은 출력에서도 나노입자를 기판으로 융착시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계이다.
단계 3에서 패턴영역에 레이저를 조사함으로써 기판에 융착된 나노입자는 기판과 강하게 결합되어 있는 반면, 레이저가 조사되지 않는 영역에 존재하는 나노입자는 매우 약한 결합력으로 기판에 부착된다. 따라서, 상기 단계 4에서 레이저가 조사된 기판을 세척함으로써, 레이저가 조사되지 않는 영역에 존재하는 나노입자들을 기판으로부터 제거할 수 있다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이 레이저가 조사되어 기판에 융착된 나노입자만이 기판 상에 잔류하며, 이에 따라 나노패턴을 형성하게 된다.
이때, 상기 단계 4의 세척은 세척용액 내에서 초음파를 가하여 수행될 수 있으며, 상기 세척용액으로는 에탄올을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은
상기 형성방법들에 의해 기판 상에 형성된 나노패턴을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 나노패턴은 도 7에 나타낸 바와 같이 미세한 요철 구조로 형성될 수 있으며, 표면거칠기가 우수하여 빛 반사방지막, 지문방지막 등으로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하나의 구체적인 예를 통해 설명한다.
본 발명에 따른 나노패턴의 형성방법은 하기의 공정들을 통해 수행될 수 있다.
단계 1: TiO2 나노분말을 이소프로판올에 균질하게 분산시켜 TiO2 나노입자 분산액을 제조한 후, 이를 탈이온수에 한방울씩 떨어뜨림으로써 탈이온수의 수면 상에 TiO2 나노입자 모노레이어(monolayer)를 형성시킨다. 이후, 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blogett) 기술을 이용하여 도 8 및 도 9의 사진에 나타낸 바와 같이 유리기판 상에 TiO2 나노입자를 조밀하게 도포한다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 유리기판 상에 도포된 TiO2 나노입자를 상온에서 건조시킨다.
단계 3 : 상기 단계 2에서 건조가 수행된 TiO2 나노입자들에 레이저를 조사하여 TiO2 나노입자들을 유리기판에 융착시킨다. 이때, TiO2의 밴드갭(3.2 eV = 387 nm)보다 큰 약 355 nm (또는 266 nm) 파장의 레이저를 조사하여 TiO2 나노입자들을 유리기판에 융착시키며, 패턴을 형성시키고자 하는 패턴영역으로만 레이저를 조사한다.
단계 4 : 상기 단계 3에서 레이저가 조사된 유리기판을 세척하여 유리기판에 융착되지 않은 TiO2 나노입자들을 제거하며, 이를 통해 레이저가 조사된 패턴영역만을 유리 기판 상에 잔류시켜 나노패턴을 형성시킨다.
제거된 TiO2 나노입자들은 회수하여 재사용할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 구체예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
Claims (15)
- 나노입자 분산액을 이용하여 나노입자를 기판상에 도포하되, 상기 나노입자는 TiO2, SiO2, MnO2, Fe2O3, ATO(Antimony Tin Oxide), BaSO4, BiOCl, CaCO3, Ca3(PO4)2, Co0.5Zn0.5Fe2O4, FePO4, ITO(Indium Tin Oxide), Li2MoO4, MoO3, WO3, Y2Eu2O3, YBa2Cu3O(7-x), YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia) 및 ZnO 를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 도포는 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blogett) 방법으로 수행되는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 나노입자가 도포된 기판을 건조시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 건조가 수행된 기판에 소정의 패턴영역을 따라 레이저를 조사하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 레이저가 조사된 기판을 세척하는 단계(단계 4);를 포함하는 반사 방지용 나노패턴의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 나노입자 분산액은 휘발성 유기용매에 나노입자를 분산시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 반사 방지용 나노패턴의 형성방법.
- 제2항에 있어서, 상기 휘발성 유기용매는 이소프로판올(Isopropanol), 1-부탄올(1-butanol), 톨루엔(toluene), 디클로로메탄(Dichloromethane), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF), 2-프로판올(2-propanol), 아세톤(Acetone) 및 디메틸포름아미드(dimethyformamide)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반사 방지용 나노패턴의 형성방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 기판의 재질은 SiO2, TiO2, ZnO, 유리, 실리콘 웨이퍼, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리카보네이트를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 반사 방지용 나노패턴의 형성방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 단계 3의 레이저는 나노입자가 가지는 밴드갭보다 낮은 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 반사 방지용 나노패턴의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 4의 세척은 세척용액 내에서 초음파를 가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 반사 방지용 나노패턴의 형성방법.
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