KR101430112B1 - Fabricating method of hierarchical structures using photolithography and capillary force and hierarchical structures - Google Patents

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KR101430112B1 KR1020130055134A KR20130055134A KR101430112B1 KR 101430112 B1 KR101430112 B1 KR 101430112B1 KR 1020130055134 A KR1020130055134 A KR 1020130055134A KR 20130055134 A KR20130055134 A KR 20130055134A KR 101430112 B1 KR101430112 B1 KR 101430112B1
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hierarchical structure
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nano
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정기훈
김재준
이영섭
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a method for fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillarity, which is easily applicable to an LED lens or the like, using capillary force lithography and photolithography, and a hierarchical structure. The method comprises the steps of: (a) depositing a first photoresist layer (300) on an upper part of a substrate (200); (b) forming a nano pattern (310) on an upper surface of the first photoresist layer (300) using lithography; (c) coating, with a second photoresist layer (500), the upper surface of the first photoresist layer (300) with the nano pattern formed thereon; (d) forming a nano pattern (510) on an upper surface of the second photoresist layer (500) using lithography; (e) forming a hierarchical structure of a film (800) by forming a micro pattern (550) on the upper surface of the second photoresist layer (500) with the nano pattern (510) formed thereon using photolithography; and (f) copying the hierarchical structure surface of the film (800) with a mold (900). The mold (900) is filled with a filling to form a hierarchical structure using photolithography and capillarity, thereby improving an optical emitting angle and optical extraction efficiency.

Description

포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법 및 계층적 구조물{Fabricating method of hierarchical structures using photolithography and capillary force and hierarchical structures}Technical Field [0001] The present invention relates to a fabrication method and a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon,

본 발명은 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용하여 계층적 구조물을 제조하는 제조방법 및 계층적 구조물에 관한 것으로, 마이크로 구조 및 나노 구조로 이루어진 계층적 구조물을 이용하여 광원에서 나온 빛을 효율적으로 추출할 수 있을 뿐만 아니라 초소수 및 초친수 표면 성질을 가지는 기능성 소자 등의 제작이 가능한 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용하여 계층적 구조물을 제조하는 제조방법 및 계층적 구조물에 관한 것이다.
The present invention relates to a manufacturing method and a hierarchical structure for fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon, and more particularly, to a method and an apparatus for efficiently extracting light from a light source using a hierarchical structure composed of a microstructure and a nanostructure The present invention also relates to a manufacturing method and a hierarchical structure for manufacturing a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon capable of fabricating a functional device having superfine water and super hydrophilic surface properties.

일반적으로 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)는 형광성 유기화합물에 전류가 가해지면 다양한 색상의 빛을 발생시키는 장치이다. 이는 기존의 LCD와 달리 자체적으로 빛을 발생시키기 때문에 자연광에 가까운 빛을 내고 반응속도가 빠르며 넓은 시야각을 가진다는 장점이 있다. 이러한 OLED는 최근에 들어서 조명 장치 및 대형 디스플레이 장치로 활용하려는 노력이 활발히 진행되고 있다. In general, an organic light emitting diode (OLED) is a device that generates light of various colors when an electric current is applied to a fluorescent organic compound. Unlike conventional LCDs, it emits light by itself, so it produces light close to natural light, has a fast response speed, and has a wide viewing angle. Recently, such OLEDs have been actively promoted for use as illumination devices and large display devices.

그러나 현재까지 OLED의 출력이 기준치에 미치지 못하고 있어 발광효율을 높이려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 내부 양자효율은 100%에 달하는 OLED에서 광효율을 저하시키는 요인으로는 전반사 효과와 광도파 효과가 있다. 유기물질에서 빛이 나올 때 유기물질층, 투명전극 및 유리기판 등에서 전반사와 광도파 효과 때문에 빛이 원하는 방향으로 추출되지 않고 기판을 따라 옆으로 나가 버리기 때문에 종래 OLED의 경우 광추출효율이 20% 정도 밖에 되지 않는다.However, since the output of the OLED does not reach the reference value up to now, many attempts have been made to increase the luminous efficiency. The internal quantum efficiency is the total reflection effect and the photoconductor wave effect which cause the decrease of the light efficiency in the OLED having 100%. When light is emitted from an organic material, light is not extracted in a desired direction due to the total reflection and photoconductive wave effect in an organic material layer, a transparent electrode, and a glass substrate, etc., It is not outside.

따라서, 전반사 및 광도파 효과를 줄일 수 있는 OLED의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop an OLED capable of reducing the total reflection and the wave effect.

또한, 현재 미세영역에서의 정교한 MEMS(MicroElectroMechanicalSystem) 공정을 이용하여, 렌즈 표면 변형을 통해 빛을 조절하는 기술들이 많이 개발되고 있다. 그 중에서도 빛을 넓고 균등하게 분산시키는 연구가 최근 크게 주목받고 있다.특히, 기존의 LCD-TV에 사용되는 백라이트 유닛(Backlight Units, 이하 BLUs) 보다 LED(Light Emitting Diodes) BLUs의 많은 장점이 드러나면서, LED BLUs의 TV 시장 적용이 활발해지고 있다. LCD나 조명 BLUs용 LED 광원의 경우 빛 확산도가 중요해 렌즈 역할이 커지고 있으나 그동안 국내 LED 업체들은 LED 렌즈와 관련하여 유럽이나 일본에서 수입하거나 해외 업체와 공동 개발 방식으로 렌즈를 조달하고 있는 실정으로, 향후 LED 산업의 성장을 주도하기 위해서는 국산 렌즈 기술 개발이 시급한 실정이다. LED에서 렌즈에 따라 휘도가 좌우되는 등 기술적 비중이 매우 크며 현재는 전체 LED 생산 가격에서 렌즈가 차지하는 비중은 5% 이내지만 고출력 LED의 경우 다소 높아질 것으로 예상된다. 특히 LCD BLU 응용의 경우 렌즈의 역할이 매우 중요한데, 얇은 두께를 유지하면서 LED 개수를 더 줄임으로서 저가격화를 달성해야 하는 측면에서 볼 때 넓은 광방출각을 갖는 렌즈의 개발이 요구되고 있다.In addition, many techniques are currently being developed to control light through lens surface deformation using a sophisticated MEMS (MicroElectroMechanical System) process in the micro-region. Particularly, many advantages of LED (Light Emitting Diodes) BLUs are revealed rather than backlight units (BLUs) used in conventional LCD-TVs , LED BLUs are becoming more active in the TV market. In the case of LED light sources for LCDs and lighting BLUs, light diffusivity is important, and the role of lenses is growing. However, domestic LED companies have been importing from Europe or Japan in relation to LED lenses, In order to lead the growth of the LED industry, development of domestic lens technology is urgent. LEDs have a high technological significance due to their dependence on luminance depending on the lens. Currently, the lens occupies less than 5% of total LED production price, but high-power LEDs are expected to increase somewhat. Particularly, in the case of LCD BLU application, the role of the lens is very important. From the viewpoint of achieving a reduction in cost by further reducing the number of LEDs while maintaining a thin thickness, development of a lens having a wide light emitting angle is required.

종래 LED 위에 설치되는 렌즈는 방출각을 향상시키기에는 가능하나, 광균일도를 제어하는 데 한계가 있고, LED와 같은 점광원을 면광원으로 변환 시 별도의 도광판, 프리즘판, 확산판과 같은 다양한 복합 광학기판이 요구되는 문제점이 있었다. 즉, 각각의 요소의 제작 공정 단가가 높고 정밀 패키징이 요구되므로, 전반적인 생산원가 절감에 한계가 있어 일체형 광학 소자가 요구된다.
Conventionally, a lens installed on an LED is capable of improving the emission angle, but there is a limit in controlling the light uniformity. When converting a point light source such as an LED into a surface light source, various combinations such as a light guide plate, a prism plate, There is a problem that an optical substrate is required. That is, since the manufacturing cost of each element is high and precise packaging is required, there is a limit in the overall production cost reduction, and an integral optical element is required.

대한민국 등록특허 제0480334호('유기전계 발광소자의 제조방법', 2006. 3. 23)Korean Patent No. 0480334 ('Method for manufacturing organic electroluminescent device', Mar. 23, 2006) 대한민국 공개특허 제2007-0069314호('OLED 소자', 2007. 7. 3)Korean Patent Publication No. 2007-0069314 ('OLED Device', Jul. 3, 2007)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광 방출각과 광 추출 효율성을 높일 수 있는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법 및 계층적 구조물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
It is an object of the present invention to provide a hierarchical structure manufacturing method and a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon which can increase the light emission angle and light extraction efficiency.

본 발명에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법은, (a) 기판(200)의 상부에 제1포토 레지스트 층(300)을 적층하는 단계; (b) 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(310)을 형성하는 단계; (c) 나노 패턴(310)이 형성된 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 제2포토 레지스트 층(500)을 코팅하는 단계; (d) 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(510)을 형성하는 단계; (e) 나노 패턴(510)이 형성된 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 포토리소그래피를 이용하여 마이크로 패턴(550)을 형성하여 계층적 구조의 박막층(800)을 형성하는 단계; (f) 상기 박막층(800)의 계층적 구조 표면을 몰드(900)로 복제하는 단계; 를 포함하여, 상기 몰드(900) 상에 충전물을 충전하여 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100')을 형성한다.The method for fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to the present invention includes the steps of: (a) stacking a first photoresist layer 300 on a substrate 200; (b) forming a nano pattern 310 on the top surface of the first photoresist layer 300 using lithography; (c) coating a second photoresist layer 500 on the upper surface of the first photoresist layer 300 on which the nano patterns 310 are formed; (d) forming a nano pattern (510) on the upper surface of the second photoresist layer (500) by lithography; (e) forming a micropattern (550) on the upper surface of the second photoresist layer (500) on which the nano pattern (510) is formed by photolithography to form a thin film layer (800) having a hierarchical structure; (f) replicating the hierarchical structure surface of the thin film layer (800) to the mold (900); The filling material is filled on the mold 900 to form a hierarchical structure 100 'using photolithography and capillary phenomenon.

본 발명에 있어서, 상기 (f)단계 이후에, (g) 일면이 개구된 공간부(1100)를 가지며, 일측에 채널(1300)이 형성된 탄성중합체(1000)의 개구면이 상기 몰드(900) 측에 배치되도록 상기 몰드(900)에 상기 탄성중합체(1000)를 부착하는 단계; (h) 상기 탄성중합체(1000)의 공간부(1100) 내의 기압을 낮춰 상기 몰드(900)가 상기 공간부(1100) 내로 들어가도록 상기 몰드(900)를 변형하는 단계; (i) 상기 몰드(900) 상에 충전물을 충전하여 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)을 형성하는 단계;를 더 포함한다.In the present invention, after the step (f), (g) the opening surface of the elastomer 1000 having the space portion 1100 with the open side thereof and the channel 1300 formed on one side thereof, Attaching the elastomer (1000) to the mold (900) so as to be disposed on the side of the mold (900); (h) lowering the air pressure in the space portion 1100 of the elastomeric material 1000 to deform the mold 900 so that the mold 900 enters the space portion 1100; (i) filling the filler on the mold 900 to form a hierarchical structure 100 using photolithography and capillary action.

본 발명에 있어서, 상기 제1포토 레지스트 층(300)과 상기 제2포토 레지스트 층(500)은 SU-8 포토레지스트인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first photoresist layer 300 and the second photoresist layer 500 are SU-8 photoresists.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography, CFL) 공정으로서, 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 나노 패턴(410)이 형성된 제1연성 몰드(400)를 접촉시킨후 열을 가하여 나노 패턴(410)을 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 전사하고, 상기 제1포토 레지스트 층(300)을 경화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step (b) is a capillary force lithography (CFL) process, and the first soft mold 400 having the nano pattern 410 formed on the upper surface of the first photoresist layer 300, And transferring the nano pattern 410 to the upper surface of the first photoresist layer 300, thereby curing the first photoresist layer 300.

본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계는 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography, CFL) 공정으로서, 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 나노 패턴(610)이 형성된 제2연성 몰드(600)를 접촉시킨후 열을 가하여 나노 패턴(610)을 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 전사하고, 상기 제2포토 레지스트 층(500)을 경화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step (d) is a capillary force lithography (CFL) process, and the second soft mold 600 having the nano pattern 610 formed on the upper surface of the second photoresist layer 500, And transferring the nano pattern 610 to the upper surface of the second photoresist layer 500 to cure the second photoresist layer 500. In this case,

본 발명에 있어서, 상기 (h) 단계에서, 상기 몰드(900)는 상기 공간부(1100) 측에 배치되는 면이 볼록 렌즈 형상 또는 오목렌즈 형상으로 변형되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step (h), the surface of the mold 900 disposed on the side of the space portion 1100 is deformed into a convex lens shape or a concave lens shape.

본 발명에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물은, 서로 간격을 두고 배치되는 마이크로미터 크기의 마이크로 돌출부(150)가 규칙적으로 배열된 마이크로 패턴이 표면상에 형성되어 있고, 서로 간격을 두고 배치되는 나노미터 크기의 나노 돌출부(110)가 규칙적으로 배열된 나노 패턴이 표면상에 형성되어 있다.In the hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to the present invention, a micropattern having micrometer-sized micro protrusions 150 arranged at regular intervals is regularly arranged on the surface, A nano pattern having regularly arranged nano protrusions 110 of nanometer size disposed thereon is formed on the surface.

본 발명에 있어서, 상기 나노 돌출부(110)는, 상기 마이크로 돌출부(150)의 상면, 상기 마이크로 돌출부(150)들의 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the nano protrusions 110 are disposed on the upper surface of the micro protrusions 150 and between the micro protrusions 150.

본 발명에 있어서, 상기 마이크로 패턴과 상기 나노 패턴이 형성된 표면은 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 볼록 렌즈 중앙에 오목 렌즈가 형성된 이중곡면 형상 및 평판 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the surface on which the micro pattern and the nanopattern are formed may be a convex lens, a concave lens, a double curved surface having a concave lens at the center of the convex lens, or a flat plate shape.

본 발명의 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법 및 계층적 구조물에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the hierarchical structure manufacturing method and the hierarchical structure using the photolithography and the capillary phenomenon of the present invention, the following effects can be obtained.

포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)을 통과하는 빛은 마이크로 돌출부와 나노 돌출부에 의해 다양한 각도로 반사와 회절이 이루어져 일반 렌즈보다 큰 광 방출각을 형성한다.Light passing through the hierarchical structure 100 using photolithography and capillary phenomenon is reflected and diffracted at various angles by the micro protrusions and the nano protrusions to form a larger light emission angle than the general lens.

또한, 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물이 적용된 LED 렌즈는 광 방출각과 광 추출 효율성을 높일 수 있다.In addition, LED lenses employing a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon can enhance light emission angle and light extraction efficiency.

나아가, 고출력 LED 렌즈에 저렴한 비용의 소형 플라스틱 렌즈를 적용할 수 있어, 생산원가를 절감하여 경제적이다.
Furthermore, it is possible to apply a small-sized plastic lens at a low cost to a high output LED lens, which is economical because it reduces production cost.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물의 빛 투과 모습을 도시한 도면.
도 2는 렌즈의 종류에 따른 광원의 광 방출각을 측정한 그래프.
도 3 내지 도 18은 본 발명의 제1실시예에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법을 순차적으로 도시한 도면.
도 19는 도 3 내지 도 18의 방법에 의해 제조된 계층적 구조물이 적용된 LED 렌즈를 촬영한 사진.
도 20의 (a)는 광 방출각에 따른 빛의 강도를 측정한 결과 그래프이고, (b)는 패턴의 폭에 따른 각도 향상률을 표시한 그래프.
도 21은 다양한 폭의 마이크로 구조를 갖는 LED 렌즈별로 파장에 따른 투과율 향상을 측정한 결과그래프.
도 22의 (a)는 광 방출각에 따른 빛의 강도를 측정한 결과 그래프이고, (b)는 파장에 따른 투과율 향상을 표시한 그래프.
도 23은 본 발명의 제2실시예에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법을 도시한 도면.
도 24는 도 23의 방법에 의해 제조된 계층적 구조물을 도시한 도면.
도 25 및 도 26은 이중곡면 형상의 계층적 구조물 제작을 위한 탄성중합체의 실시예 및 이에 의해 제조된 계층적 구조물을 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a light transmission pattern of a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to a first preferred embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a graph illustrating a light emission angle of a light source according to a type of a lens. FIG.
3 to 18 sequentially illustrate a method of fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a photograph of an LED lens to which a hierarchical structure manufactured by the method of FIGS. 3 to 18 is applied. FIG.
FIG. 20 (a) is a graph showing the intensity of light according to the light emission angle, and FIG. 20 (b) is a graph showing an angle enhancement rate according to the width of the pattern.
FIG. 21 is a graph showing the transmittance improvement according to wavelength for each LED lens having various microstructures. FIG.
FIG. 22 (a) is a graph showing the intensity of light according to the light emission angle, and FIG. 22 (b) is a graph showing an improvement in transmittance according to wavelength.
23 illustrates a method of fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to a second embodiment of the present invention.
24 illustrates a hierarchical structure fabricated by the method of FIG. 23. FIG.
Figures 25 and 26 show an embodiment of an elastomer for making a double curved, hierarchical structure and a hierarchical structure made thereby.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)은 마이크로 패턴과 나노 패턴이 표면상에 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, in the hierarchical structure 100 using photolithography and capillary phenomenon according to the first embodiment of the present invention, micropatterns and nano patterns are formed on the surface.

마이크로 패턴은, 서로 간격을 두고 배치되는 마이크로미터(㎛) 크기의 마이크로 돌출부(150)가 규칙적으로 배열되며 마이크로 패턴을 형성한다.In the micro pattern, micro protrusions 150 of micrometer (mu m) size arranged at regular intervals are regularly arranged and form a micro pattern.

나노 패턴은, 서로 간격을 두고 배치되는 나노미터(㎚) 크기의 나노 돌출부(110)가 규칙적으로 배열되며 나노 패턴을 형성한다.The nano patterns are regularly arranged with nano-sized protrusions 110 having a size of nanometers (nm) arranged to be spaced from each other and form a nano pattern.

본 실시예에서 마이크로 돌출부(150)와 나노 돌출부(110)는 수직방향의 단면이 사각형이고, 입체적인 형상은 원기둥 형상으로 되어 있으나, 마이크로 돌출부(150)와 나노 돌출부(110)의 수직방향 단면이 사각형, 반원, 삼각형 등의 형태로 구성될 수 있으며, 이에 따라 입체적인 형상은 원기둥, 반구형, 원뿔, 사각기둥, 사각뿔, 삼각기둥, 삼각뿔 등으로 다양하게 표현될 수 있다.The micro protrusions 150 and the nano protrusions 110 have a rectangular cross section in the vertical direction and a three-dimensional shape in the shape of a cylinder, , Semicircular, triangular, and the like. Accordingly, the three-dimensional shape can be variously represented by a cylinder, a hemisphere, a cone, a square pillar, a quadrangular pyramid, a triangular pyramid, and a triangular pyramid.

또한, 마이크로 돌출부(150)의 크기는 마이크로미터의 높이와 폭 등을 가지며, 마이크로미터 크기 내에서 다양한 크기의 마이크로 돌출부(150)를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 나노 돌출부(110)의 크기는 나노미터의 높이와 폭 등을 가지며, 나노미터 크기 내에서 다양한 크기의 나노 돌출부(110)를 형성할 수 있다.In addition, the size of the microprojection 150 has a height and a width of the micrometer, and it is possible to form the microprojections 150 having various sizes within the micrometer size. Likewise, the size of the nano protrusion 110 has a height, a width, and the like of nanometers, and can form nano protrusions 110 having various sizes within a nanometer size.

상기와 같이 구성되는 나노 돌출부(110)는, 마이크로 돌출부(150)의 상면에 배치되고, 마이크로 돌출부(150) 들의 사이에도 배치되어 있다.The nano protrusions 110 are arranged on the upper surface of the micro protrusions 150 and are also disposed between the micro protrusions 150.

나아가, 마이크로 패턴과 나노 패턴이 형성된 표면은 볼록 렌즈 형상으로 형성되어, 볼록 렌즈 형상의 표면에 마이크로 패턴과 나노 패턴이 형성되어 있다.Furthermore, the surface on which the micro pattern and the nano pattern are formed is formed into a convex lens shape, and the micro pattern and the nano pattern are formed on the surface of the convex lens shape.

본 실시예에서 제시한 마이크로 패턴과 나노 패턴은 일실시예에 불과하며, 마이크로 돌출부(150)와 나노 돌출부(110)의 형상은 다양한 형태로 변경할 수 있고, 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물은 볼록 렌즈 형상 뿐만 아니라 오목 렌즈 등 다양한 형태로 제작할 수 있을 것이다.The micro protrusions 150 and the nano protrusions 110 can be changed into various shapes, and the micro protrusions 150 and the nano protrusions 110 can be changed into various shapes, and a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon May be formed in various shapes such as a concave lens as well as a convex lens shape.

상기와 같이 구성되는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)을 통과하는 빛은 마이크로 돌출부(150)와 나노 돌출부(110)에 의해 다양한 각도로 반사와 회절이 이루어져 일반 렌즈보다 큰 광 방출각을 형성한다.
The light passing through the hierarchical structure 100 using the photolithography and capillary phenomenon is reflected and diffracted at various angles by the micro protrusions 150 and the nano protrusions 110, Angle.

도 2는 렌즈의 종류에 따른 광원의 광 방출각을 측정한 그래프이다. 도 2의 그래프에서 실선은 마이크로 패턴이 형성된 싱글 렌즈(micropatterned single lens, MSL)이며, 점선은 반구형의 돔 렌즈(dome lens)이며, 일점쇄선은 평면 배열(planar arrray)이다.FIG. 2 is a graph illustrating the light emission angle of the light source according to the type of the lens. In the graph of FIG. 2, the solid line is a micropatterned single lens (MSL) having a micropattern, the dotted line is a hemispherical dome lens, and the one-dot chain line is a planar arrray.

도 2의 그래프에서 알 수 있듯이, 마이크로 패턴이 형성된 싱글 렌즈는 반구형의 돔 렌즈와 평면 배열에 비해 넓은 광 방출각을 가진다.
As can be seen from the graph of FIG. 2, a single lens having a micropattern formed therein has a larger light emission angle than a hemispherical dome lens and a planar arrangement.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법을 도 3 내지 도 18을 참조하여 설명하면, 다음과 같은 순서로 이루어질 수 있다.The method of fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 18 as follows.

먼저, 도 3과 같이 Si 기반의 기판(200) 상부에 제1포토 레지스트 층(300)을 적층한다. (a 단계) 본 실시예에서 제1포토 레지스트 층(300)은 SU-8 포토레지스트인 것이 바람직하다.First, a first photoresist layer 300 is stacked on an Si-based substrate 200 as shown in FIG. (Step a) In this embodiment, the first photoresist layer 300 is preferably SU-8 photoresist.

다음으로, 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(310)을 형성한다. (b 단계) 본 실시예에 의한 리소그래피는 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography, CFL) 공정으로서, 다음과 같이 이루어질 수 있다.Next, a nano pattern 310 is formed on the top surface of the first photoresist layer 300 by lithography. (Step b) Lithography according to this embodiment is a capillary force lithography (CFL) process, which can be performed as follows.

즉, 도 4와 같이 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 나노 패턴(410)이 형성된 제1연성 몰드(400)를 50g/cm2 정도의 낮은 압력으로 접촉시킨 다음, 도 5와 같이 기판(200)의 하부에서 80℃ 정도의 열을 가하면, 제1포토 레지스트 층(300)이 제1연성 몰드(400)의 나노 패턴(410)이 형성된 공간으로 모세관 현상에 의해 빨려 들어가면서, 도 6과 같이 나노 패턴(410)이 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 전사되고, 이에 따라 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 나노 패턴(310)이 형성된다. 이후에 제1포토 레지스트 층(300)을 경화한다. 제1포토 레지스트 층(300)의 경화시 제1포토 레지스트 층(300)의 상부를 자외선에 노출시킨 후 가열 경화시킬 수 있으며, 본 실시예에서 제1연성 몰드(400)는 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 사용할 수 있다.4, the first soft mold 400 having the nano patterns 410 formed on the upper surface of the first photoresist layer 300 is contacted with a low pressure of about 50 g / cm 2 , The first photoresist layer 300 is sucked by the capillary phenomenon into the space where the nano patterns 410 of the first soft mold 400 are formed, The nano patterns 410 are transferred to the upper surface of the first photoresist layer 300 and thus the nano patterns 310 are formed on the upper surface of the first photoresist layer 300. Thereafter, the first photoresist layer 300 is cured. The upper portion of the first photoresist layer 300 may be exposed to ultraviolet rays and cured by heating during the curing of the first photoresist layer 300. In this embodiment, the first soft mold 400 is a PDMS (polydimethylsiloxane) Can be used.

다음으로, 도 7과 같이 나노 패턴(310)이 형성된 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 제2포토 레지스트 층(500)을 코팅한다. (c 단계) 본 실시예에서 제2포토 레지스트 층(500)은 SU-8 포토레지스트인 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 7, a second photoresist layer 500 is coated on the upper surface of the first photoresist layer 300 having the nano patterns 310 formed thereon. (Step c) In this embodiment, the second photoresist layer 500 is preferably SU-8 photoresist.

이 단계에서는, 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 SU-8 포토레지스트인 제2포토 레지스트를 떨어뜨리고, 고속으로 회전시켜 얇게 퍼지게 하여 제2포토 레지스트 층(500)을 형성하는 스핀 코팅(spin-coating) 공정으로 이루어질 수 있다.In this step, a second photoresist, which is an SU-8 photoresist, is dropped on the upper surface of the first photoresist layer 300, spin-coated at a high speed to spread the photoresist thinly, thereby forming a second photoresist layer 500 spin-coating process.

다음으로, 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(510)을 형성한다. (d 단계) 본 실시예에 의한 리소그래피는 상기에서 설명한 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography, CFL) 공정으로서, 다음과 같이 이루어질 수 있다.Next, a nano pattern 510 is formed on the upper surface of the second photoresist layer 500 by lithography. (d) Lithography according to the present embodiment is a capillary force lithography (CFL) process as described above, and can be performed as follows.

즉, 도 8과 같이 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 나노 패턴(610)이 형성된 제2연성 몰드(600)를 50g/cm2 정도의 낮은 압력으로 접촉시킨 다음, 도 9와 같이 기판(200)의 하부에서 80℃ 정도의 열을 가하면, 제2포토 레지스트 층(500)이 제2연성 몰드(600)의 나노 패턴(610)이 형성된 공간으로 모세관 현상에 의해 빨려 들어가면서, 도 10과 같이 나노 패턴(610)이 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 전사되고, 이에 따라 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 나노 패턴(510)이 형성된다. 이때, 본 실시예에서 제2연성 몰드(600)는 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 사용할 수 있다.8, the second soft mold 600 having the nano pattern 610 formed on the upper surface of the second photoresist layer 500 is contacted at a low pressure of about 50 g / cm 2 , The second photoresist layer 500 is sucked by the capillary phenomenon into the space where the nano patterns 610 of the second soft mold 600 are formed, Similarly, the nano pattern 610 is transferred to the upper surface of the second photoresist layer 500, thereby forming the nano pattern 510 on the upper surface of the second photoresist layer 500. In this case, the second soft mold 600 may be a PDMS (polydimethylsiloxane) mold.

다음으로, 나노 패턴(510)이 형성된 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 마이크로 패턴(550)을 형성하여 계층적 구조의 박막층(800)을 형성한다. (e 단계)Next, a micropattern 550 is formed on the upper surface of the second photoresist layer 500 on which the nano pattern 510 is formed by photolithography to form a thin film layer 800 having a hierarchical structure. (step e)

이 단계에서는, 도 11과 같이 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 빛이 통과하는 마이크로 패턴(750)이 형성된 포토마스크(700)를 올려놓은 후 노광하여 마이크로 패턴(750)이 제2포토 레지스트 층(500)에 투영되도록 하여, 도 12와 같이 제2포토 레지스트 층(500)에 마이크로 패턴(550)이 형성되도록 한다.11, a photomask 700 having a micropattern 750 through which light passes is placed on the upper surface of the second photoresist layer 500, and then exposed to expose the micropattern 750 to the second port So that the micropattern 550 is formed on the second photoresist layer 500 as shown in FIG.

이때, 포토마스크(700)의 마이크로 패턴(750) 부분은 빛(예; 자외선)이 차단되고 빛이 투과부(770)를 통과하여, 제2포토 레지스트 층(500)이 빛에 노출된 부분은 경화되고 경화되지 않은 부분은 식각(etching)을 통해 제거하여 마이크로 패턴(550)이 형성될 수 있다.At this time, a portion of the micropattern 750 of the photomask 700 is blocked by light (e.g., ultraviolet light), light passes through the transmissive portion 770, and a portion of the second photoresist layer 500 exposed to light is hardened And the uncured portions may be removed through etching to form the micropattern 550.

이 단계에 의해, 도 12와 같이 마이크로 패턴(550)과 나노 패턴(310,510)이 형성된 계층적 구조의 박막층(800)이 만들어진다. 즉, 서로 간격을 두고 돌출된 마이크로 패턴(550)이 형성되어 있고, 마이크로 패턴(550)의 상면에는 서로 간격을 두고 돌출된 나노 패턴(510)이 형성되어 있고, 마이크로 패턴(550)들 사이에도 나노 패턴(310)이 형성되어 있다. By this step, a thin film layer 800 having a hierarchical structure in which the micropattern 550 and the nano patterns 310 and 510 are formed is formed as shown in FIG. In other words, a protruded micropattern 550 is formed at an interval from each other. A nano pattern 510 protruding from the micro pattern 550 is formed on the upper surface of the micro pattern 550, A nano pattern 310 is formed.

본 실시예에서 마이크로 패턴(550)의 상면에 형성된 나노 패턴(510)과, 마이크로 패턴(550)들의 사이에 형성된 나노 패턴(310)은 동일한 형상과 크기이지만, 실시예에 따라 나노 패턴(510)과 나노 패턴(310)의 형상이나 크기는 달리할 수 있을 것이다. 이는 (b) 단계에서 제1연성 몰드(400)의 나노 패턴(410) 형상 및 크기와, (d) 단계에서 제2연성 몰드(600)의 나노 패턴(610)의 형상 및 크기를 달리함으로써 구현할 수 있다.The nanopattern 510 formed on the upper surface of the micropattern 550 and the nanopattern 310 formed between the micropatterns 550 are the same in shape and size, And the shape and size of the nano pattern 310 may be different. This is accomplished by changing the shape and size of the nano pattern 410 of the first soft mold 400 in step (b) and the shape and size of the nano pattern 610 of the second soft mold 600 in step (d) .

다음으로, 도 13과 같이 박막층(800)의 계층적 구조 표면을 몰드(900)로 복제한다. (f 단계) 본 실시예에서 몰드(900)는 연성이 있는 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 사용할 수 있다.Next, the hierarchical structure surface of the thin film layer 800 is copied into the mold 900 as shown in FIG. (Step f) In this embodiment, the mold 900 may use a soft PDMS (polydimethylsiloxane) mold.

다음으로, 몰드(900)에 탄성중합체(1000)를 부착한다. (g 단계)Next, the elastomer 1000 is attached to the mold 900. (step g)

즉, 도 14와 같이 일면이 개구된 공간부(1100)를 가지며, 일측에 채널(1300)이 형성된 탄성중합체(1000)의 개구면이 몰드(900) 측에 배치되도록 몰드(900)에 탄성중합체(1000)를 부착한 다음, 도 15와 같이 몰드(900)로부터 박막층(800)을 분리한다. 이후 몰드(900)가 상측이 되도록 뒤집으면, 몰드(900) 상의 마이크로 패턴(950)과 나노 패턴(910)이 외부로 노출된다.14, an elastic polymer 1000 is provided in the mold 900 so that the opening surface of the elastomer 1000 having the channel 1300 formed on one side thereof is disposed on the mold 900 side, And then the thin film layer 800 is separated from the mold 900 as shown in FIG. When the mold 900 is turned upside down, the micropattern 950 and the nano pattern 910 on the mold 900 are exposed to the outside.

다음으로, 도 16과 같이 탄성중합체(1000)의 공간부(1100) 내의 기압을 낮춰 몰드(900)가 공간부(1100) 내로 들어가도록 몰드(900)를 변형한다. (h 단계)Next, as shown in FIG. 16, the mold 900 is deformed so that the mold 900 enters the space portion 1100 by lowering the air pressure in the space portion 1100 of the elastomeric polymer 1000. (step h)

이 단계에서, 몰드(900)가 공간부(1100) 측에 배치되는 면이 반원 형상의 볼록 렌즈 형상으로 변형되도록 하는 것이 바람직하다.In this step, it is preferable that the surface on which the mold 900 is arranged on the side of the space portion 1100 is deformed into a semicircular convex lens shape.

마지막으로, 도 17과 같이 몰드(900) 상에 충전물을 충전하여 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)을 형성한다. (i 단계) 즉, 몰드(900) 상에 자외선 경화 레진과 같은 충전물을 충전한 다음, 그 위에 평판(970)을 덮은 후 자외선을 가하여 충전물을 경화시킨다. 이때, 평판(970)은 유리 등의 투명한 재질로 형성되어 있어, 평판(970)의 상부에서 자외선을 조사하면 자외선은 평판(970)을 통과하므로 충전물을 경화시킬 수 있다.Finally, the filling material is filled on the mold 900 as shown in FIG. 17 to form a hierarchical structure 100 using photolithography and capillary phenomenon. (i step). That is, the mold 900 is filled with a filler such as ultraviolet curable resin, and then the plate 970 is covered thereon. Then, ultraviolet rays are applied to cure the filler. At this time, the flat plate 970 is made of a transparent material such as glass. When ultraviolet rays are irradiated from the upper part of the flat plate 970, the ultraviolet rays pass through the flat plate 970 and the filling material can be cured.

그러면 최종적으로 도 18과 같은 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)이 제조된다. 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)의 표면상에는 마이크로 패턴과 나노 패턴이 형성되어 있으며, 마이크로 패턴은 마이크로 돌출부(150)가 규칙적으로 배열되어 마이크로 패턴을 형성하고, 나노 패턴은 나노 돌출부(110)가 규칙적으로 배열되어 나노 패턴을 형성한다. 나노 돌출부(110)는 마이크로 돌출부(150)의 상면 및 마이크로 돌출부(150)들의 사이에 형성되어 있다.Finally, a hierarchical structure 100 using photolithography and capillary phenomenon as shown in FIG. 18 is manufactured. Micropatterns and nano patterns are formed on the surface of the hierarchical structure 100 using photolithography and capillary phenomenon. The micro protrusions 150 are regularly arranged to form a micropattern, (110) are regularly arranged to form a nano pattern. The nano protrusion 110 is formed between the upper surface of the micro protrusion 150 and the micro protrusion 150.

제1실시예의 제조방법에 의해 제조된 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)의 마이크로 패턴과 나노 패턴이 형성된 표면은 볼록 렌즈 형상이다.The micropattern and the nano-patterned surface of the hierarchical structure 100 using the photolithography and capillary phenomenon produced by the manufacturing method of the first embodiment are convex lens-shaped.

여기에서 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)은, 도 16에서 탄성중합체(1000)의 공간부(1100) 내의 기압을 높혀 몰드(900)가 공간부(1100) 외부로 돌출되도록 몰드(900)를 변형시키고, 몰드(900)의 돌출된 둘레를 둘러싸도록 케이스 등을 형성한 후 몰드(900)의 돌출된 부분과 케이스 사이에 충전물을 충전하고 자외선을 가하여 충전물을 경화시켜 반원 형상의 오목 렌즈 형태로 제조될 수 있다.The hierarchical structure 100 using the photolithography and the capillary phenomenon has a structure in which the air pressure in the space portion 1100 of the elastomer 1000 is raised in Fig. 16 so that the mold 900 is protruded outside the space portion 1100, A case or the like is formed so as to surround the protruded periphery of the mold 900 and then the filling material is filled between the protruded portion of the mold 900 and the case and the ultraviolet rays are applied to cure the filling material, It can be manufactured in the form of a concave lens.

또한, 도 25 및 도 26과 같이 탄성중합체(1000)의 공간부(1100) 내측 바닥에 볼록한 형태의 돌출부를 형성하여, 계층적 구조물(100)이 볼록 렌즈 중앙에 오목 렌즈가 형성된 이중곡면 형상으로 제조될 수도 있다.
25 and 26, a convex protrusion may be formed on the inner bottom of the space 1100 of the elastic polymer 1000 so that the layered structure 100 may have a double curved shape with a concave lens formed at the center of the convex lens .

상기와 같이, 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물은 모세관력 리소그래피와 포토리소그래피를 이용하여 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물은 4.4mm 직경을 갖는 LED 렌즈 등에 용이하게 적용될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.As described above, the hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon can be manufactured by using capillary force lithography and photolithography. The hierarchical structure using the photolithography and capillary phenomenon thus fabricated has an LED lens having a diameter of 4.4 mm But the present invention is not limited thereto.

도 19는 상기와 같은 방법으로 제조된 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)이 적용된 LED 렌즈를 촬영한 사진이다. 도 19의 사진에서도 LED 렌즈의 표면상에 형성된 마이크로 패턴과 나노 패턴을 확인할 수 있다.
19 is a photograph of an LED lens to which a hierarchical structure 100 using photolithography and capillary phenomenon manufactured by the above method is applied. 19, micro patterns and nano patterns formed on the surface of the LED lens can be confirmed.

도 20의 (a)는 광 방출각에 따른 빛의 강도를 측정한 결과 그래프이고, (b)는 패턴의 폭에 따른 각도 향상률을 표시한 그래프이다.20 (a) is a graph showing the intensity of light according to a light emission angle, and FIG. 20 (b) is a graph showing an angle enhancement rate according to a pattern width.

먼저, 도 20의 (a) 그래프에서 점선은 평활 표면(smooth surface)이고, 실선은 3㎛ 크기의 마이크로 패턴이 형성된 LED 렌즈이다. 이 두 가지 타입의 렌즈에 광원이 입사된 경우 광 방출각에 따른 빛의 강도를 파워미터로 측정한 결과, (a) 그래프에서와 같이 마이크로 패턴이 형성된 LED 렌즈가 평활 표면보다 빛의 강도가 세다는 것을 알 수 있다.20 (a), the dotted line is a smooth surface, and the solid line is an LED lens having a micropattern having a size of 3 m. When a light source is incident on these two types of lenses, the intensity of light according to the light emission angle is measured by a power meter. As a result, as shown in the graph, the LED lens in which a micropattern is formed has a higher intensity of light than a smooth surface .

또한, 도 20의 (b) 그래프에서 패턴의 폭과 각도 향상률은 반비례한다는 것을 알 수 있다.
It can also be seen that the width of the pattern and the angle enhancement rate are inversely proportional to each other in the graph of FIG. 20 (b).

도 21은 다양한 폭의 마이크로 구조를 갖는 LED 렌즈별로 파장에 따른 투과율 향상을 스펙트로미터(spectrometer)로 측정한 결과그래프이다.FIG. 21 is a graph of a transmittance improvement according to wavelengths measured by a spectrometer for each LED lens having various microstructures. FIG.

마이크로 구조를 갖는 렌즈는 평활 표면의 렌즈보다 광 추출 효율성을 높일 수 있으며, 도 21에서도 알 수 있듯이 패턴의 폭은 투과율 향상 변화에 많은 영향을 끼치지 않는다는 것을 알 수 있다.
A lens having a microstructure can enhance light extraction efficiency more than a lens having a smooth surface. As can be seen from FIG. 21, it can be seen that the width of the pattern does not significantly affect the change in the transmittance improvement.

도 22의 (a)는 광 방출각에 따른 빛의 강도를 측정한 결과 그래프이고, (b)는 파장에 따른 투과율 향상을 표시한 그래프이다. FIG. 22 (a) is a graph showing the intensity of light according to the light emission angle, and FIG. 22 (b) is a graph showing an improvement in transmittance according to wavelength.

먼저, 도 22의 (a) 그래프에서 점선은 평활 표면(smooth surface)이고, 실선은 계층적 구조를 갖는 표면(hierarchically structured surface)이다. 도 22의 (a) 그래프에서 알 수 있듯이, 계층적 구조를 갖은 표면은 평활 표면에 비해 반치폭(FWHM; full width at half maximum)이 1.57배로, 광 방출각을 향상시킬 수 있다. 22 (a), the dotted line is a smooth surface, and the solid line is a hierarchically structured surface. As can be seen from the graph of FIG. 22 (a), the surface having the hierarchical structure can improve the light emission angle by 1.57 times the full width at half maximum (FWHM) as compared with the smooth surface.

또한, 도 22의 (b) 그래프에서 빨간색 실선은 계층적 구조를 갖는 LED 렌즈(hierarchically structured LED lens)이고, 검은색 점선은 마이크로 구조를 갖는 LED 렌즈(microstructured LED lens)이다. 도 22의 (b) 그래프에서 알 수 있듯이, 계층적 구조를 갖는 렌즈는 마이크로 구조를 갖는 렌즈보다 투과율이 높으므로 광 추출 효율성을 향상시킬 수 있다.
22 (b), the red solid line is a hierarchically structured LED lens, and the black dotted line is a microstructured LED lens. As can be seen from the graph of FIG. 22 (b), the lens having the hierarchical structure has higher transmittance than the lens having the microstructure, so that the light extraction efficiency can be improved.

상기와 같이, 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물이 적용된 LED 렌즈는 광 방출각과 투과율(광 추출 효율성)을 높일 수 있다. 즉, 반치폭이 1.57배 넓은 광 방출각을 향상시킬 수 있으며, 5.7% 까지 투과율(광 추출 효율성)을 높일 수 있다.As described above, the LED lens to which the hierarchical structure using the photolithography and the capillary phenomenon is applied can increase the light emission angle and transmittance (light extraction efficiency). That is, it is possible to improve the light emitting angle with a half width of 1.57 times and to increase the transmittance (light extraction efficiency) up to 5.7%.

나아가, 고출력 LED 렌즈에 저렴한 비용의 소형 플라스틱 렌즈를 적용할 수 있어, 생산원가를 절감하여 경제적이다.
Furthermore, it is possible to apply a small-sized plastic lens at a low cost to a high output LED lens, which is economical because it reduces production cost.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법은, 도 3 내지 도 13, 도 23을 참조하여 다음과 같은 순서로 이루어질 수 있다.Meanwhile, a method of fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to a second embodiment of the present invention can be performed in the following order with reference to FIGS. 3 to 13 and FIG.

제2실시예에 의한 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법 중 제1실시예에 의한 제조방법과 동일한 단계에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략하기로 한다.The same steps as those of the manufacturing method according to the first embodiment of the method for manufacturing a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description will be omitted.

먼저, 도 3과 같이 Si 기반의 기판(200) 상부에 제1포토 레지스트 층(300)을 적층한다. (a 단계) First, a first photoresist layer 300 is stacked on an Si-based substrate 200 as shown in FIG. (step a)

다음으로, 도 4 내지 도 6과 같이 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 모세관력 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(310)을 형성한다. (b 단계) Next, as shown in FIGS. 4 to 6, a nano pattern 310 is formed on the upper surface of the first photoresist layer 300 using capillary force lithography. (step b)

다음으로, 도 7과 같이 나노 패턴(310)이 형성된 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 제2포토 레지스트 층(500)을 코팅한다. (c 단계) Next, as shown in FIG. 7, a second photoresist layer 500 is coated on the upper surface of the first photoresist layer 300 having the nano patterns 310 formed thereon. (Step c)

다음으로, 도 8 내지 도 10과 같이 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 모세관력 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(510)을 형성한다. (d 단계) Next, as shown in FIGS. 8 to 10, a nano pattern 510 is formed on the upper surface of the second photoresist layer 500 using capillary force lithography. (step d)

다음으로, 도 11과 같이 나노 패턴(510)이 형성된 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 마이크로 패턴(550)을 형성하여 계층적 구조의 박막층(800)을 형성한다. (e 단계)11, a micropattern 550 is formed on the upper surface of the second photoresist layer 500 on which the nano pattern 510 is formed by photolithography to form a thin film layer 800 having a hierarchical structure . (step e)

이 단계에 의해, 도 12와 같이 마이크로 패턴(550)과 나노 패턴(310,510)이 형성된 계층적 구조의 박막층(800)이 만들어진다. 즉, 서로 간격을 두고 돌출된 마이크로 패턴(550)이 형성되어 있고, 마이크로 패턴(550)의 상면에는 서로 간격을 두고 돌출된 나노 패턴(510)이 형성되어 있고, 마이크로 패턴(550)들 사이에도 나노 패턴(310)이 형성되어 있다. By this step, a thin film layer 800 having a hierarchical structure in which the micropattern 550 and the nano patterns 310 and 510 are formed is formed as shown in FIG. In other words, a protruded micropattern 550 is formed at an interval from each other. A nano pattern 510 protruding from the micro pattern 550 is formed on the upper surface of the micro pattern 550, A nano pattern 310 is formed.

다음으로, 도 13과 같이 박막층(800)의 계층적 구조 표면을 몰드(900)로 복제한다. (f 단계) 본 실시예에서 몰드(900)는 연성이 있는 PDMS 몰드를 사용할 수 있다.Next, the hierarchical structure surface of the thin film layer 800 is copied into the mold 900 as shown in FIG. (Step f) In this embodiment, the mold 900 can use a flexible PDMS mold.

마지막으로, 몰드(900)의 복제 후 박막층(800)을 제거하고, 도 24와 같이 몰드(900) 상에 충전물을 충전하여 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100')을 형성한다.Finally, after the duplication of the mold 900, the thin film layer 800 is removed, and the filling material is filled on the mold 900 as shown in FIG. 24 to form a hierarchical structure 100 'using photolithography and capillary phenomenon.

즉, 몰드(900) 상에 자외선 경화 레진과 같은 충전물을 충전한 다음, 그 위에 평판(970)을 덮은 후 자외선을 가하여 충전물을 경화시킨다. 이때, 평판(970)은 유리 등의 투명한 재질로 형성되어 있어, 평판(970)의 상부에서 자외선을 조사하면 자외선은 평판(970)을 통과하므로 충전물을 경화시킬 수 있다.That is, the mold 900 is filled with a filler such as an ultraviolet curable resin, and then the plate 970 is covered with the filler. Then, ultraviolet rays are applied to cure the filler. At this time, the flat plate 970 is made of a transparent material such as glass. When ultraviolet rays are irradiated from the upper part of the flat plate 970, the ultraviolet rays pass through the flat plate 970 and the filling material can be cured.

그러면 최종적으로 도 24와 같은 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100')이 제조된다. 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100')의 표면상에는 마이크로 패턴과 나노 패턴이 형성되어 있으며, 마이크로 패턴은 마이크로 돌출부(150)가 규칙적으로 배열되어 마이크로 패턴을 형성하고, 나노 패턴은 나노 돌출부(110)가 규칙적으로 배열되어 나노 패턴을 형성한다. 나노 돌출부(110)는 마이크로 돌출부(150)의 상면 및 마이크로 돌출부(150)들의 사이에 형성되어 있다.Finally, a hierarchical structure 100 'using photolithography and capillary phenomenon as shown in FIG. 24 is manufactured. Micropatterns and nano patterns are formed on the surface of the hierarchical structure 100 'using photolithography and capillary phenomenon. The micro protrusions 150 are regularly arranged to form a micropattern, The protrusions 110 are regularly arranged to form a nano pattern. The nano protrusion 110 is formed between the upper surface of the micro protrusion 150 and the micro protrusion 150.

제2실시예의 제조방법에 의해 제조된 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100')의 마이크로 패턴과 나노 패턴이 형성된 표면은 평판 형상이다.
The micropattern and the nano-patterned surface of the hierarchical structure 100 'using photolithography and capillary phenomenon produced by the manufacturing method of the second embodiment are in the form of a flat plate.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.

100, 100' : 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물
110 : 나노 돌출부 150 : 마이크로 돌출부
200 : 기판 300 : 제1포토 레지스트 층
310 : 나노 패턴 400 : 제1연성 몰드
410 : 나노 패턴 500 : 제2포토 레지스트 층
510 : 나노 패턴 550 : 마이크로 패턴
600 : 제2연성 몰드 610 : 나노 패턴
700 : 포토마스크 750 : 마이크로 패턴
770 : 투과부 800 : 박막층
900 : 몰드 910 : 나노 패턴
950 : 마이크로 패턴 970 : 평판
1000 : 탄성중합체 1100 : 공간부
1300 : 채널100, 100 ': Hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon
110: nano protrusion 150: micro protrusion
200: substrate 300: first photoresist layer
310: Nano pattern 400: First flexible mold
410: nano pattern 500: second photoresist layer
510: Nano pattern 550: Micro pattern
600: second soft mold 610: nano pattern
700: Photomask 750: Micro pattern
770: transmission part 800: thin film layer
900: Mold 910: Nano pattern
950: Micro pattern 970: Flat plate
1000: elastomer 1100: space part
1300: channel

Claims (9)

(a) 기판(200)의 상부에 제1포토 레지스트 층(300)을 적층하는 단계;
(b) 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(310)을 형성하는 단계;
(c) 나노 패턴(310)이 형성된 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 제2포토 레지스트 층(500)을 코팅하는 단계;
(d) 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 리소그래피를 이용하여 나노 패턴(510)을 형성하는 단계;
(e) 나노 패턴(510)이 형성된 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 포토리소그래피를 이용하여 마이크로 패턴(550)을 형성하여 계층적 구조의 박막층(800)을 형성하는 단계;
(f) 상기 박막층(800)의 계층적 구조 표면을 몰드(900)로 복제하는 단계;를 포함하여,
상기 몰드(900) 상에 충전물을 충전하여 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100')을 형성하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법.
(a) depositing a first photoresist layer (300) on top of a substrate (200);
(b) forming a nano pattern 310 on the top surface of the first photoresist layer 300 using lithography;
(c) coating a second photoresist layer 500 on the upper surface of the first photoresist layer 300 on which the nano patterns 310 are formed;
(d) forming a nano pattern (510) on the upper surface of the second photoresist layer (500) by lithography;
(e) forming a micropattern (550) on the upper surface of the second photoresist layer (500) on which the nano pattern (510) is formed by photolithography to form a thin film layer (800) having a hierarchical structure;
(f) replicating the hierarchical structure surface of the thin film layer (800) to the mold (900)
A method for fabricating a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon by filling a filler on the mold (900) to form a hierarchical structure (100 ') using photolithography and capillary phenomenon.
제1항에 있어서,
상기 (f)단계 이후에,
(g) 일면이 개구된 공간부(1100)를 가지며, 일측에 채널(1300)이 형성된 탄성중합체(1000)의 개구면이 상기 몰드(900) 측에 배치되도록 상기 몰드(900)에 상기 탄성중합체(1000)를 부착하는 단계;
(h) 상기 탄성중합체(1000)의 공간부(1100) 내의 기압을 낮춰 상기 몰드(900)가 상기 공간부(1100) 내로 들어가도록 상기 몰드(900)를 변형하는 단계;
(i) 상기 몰드(900) 상에 충전물을 충전하여 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물(100)을 형성하는 단계;를 더 포함하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법.
The method according to claim 1,
After the step (f)
The mold 900 is provided with the elastic polymer 1000 so that the opening face of the elastomer 1000 having the space portion 1100 with one side opened and the channel 1300 formed on one side thereof is disposed on the mold 900 side, (1000);
(h) lowering the air pressure in the space portion 1100 of the elastomeric material 1000 to deform the mold 900 so that the mold 900 enters the space portion 1100;
(i) filling a filler on the mold 900 to form a hierarchical structure 100 using photolithography and capillary action. < RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1포토 레지스트 층(300)과 상기 제2포토 레지스트 층(500)은 SU-8 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first photoresist layer (300) and the second photoresist layer (500) are SU-8 photoresist.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 (b) 단계는 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography, CFL) 공정으로서,
상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 나노 패턴(410)이 형성된 제1연성 몰드(400)를 접촉시킨후 열을 가하여 나노 패턴(410)을 상기 제1포토 레지스트 층(300)의 상면에 전사하고, 상기 제1포토 레지스트 층(300)을 경화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The step (b) is a capillary force lithography (CFL) process,
The first soft mold 400 having the nano pattern 410 formed thereon is brought into contact with the upper surface of the first photoresist layer 300 and then heat is applied to the upper surface of the first photoresist layer 300 And a step of curing the first photoresist layer (300). A method of manufacturing a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 (d) 단계는 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography, CFL) 공정으로서,
상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 나노 패턴(610)이 형성된 제2연성 몰드(600)를 접촉시킨후 열을 가하여 나노 패턴(610)을 상기 제2포토 레지스트 층(500)의 상면에 전사하고, 상기 제2포토 레지스트 층(500)을 경화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The step (d) may be a capillary force lithography (CFL) process,
The second soft mold 600 having the nano pattern 610 formed thereon is brought into contact with the upper surface of the second photoresist layer 500 and then the nano pattern 610 is applied to the upper surface of the second photoresist layer 500 And a step of curing the second photoresist layer (500). A method of manufacturing a hierarchical structure using photolithography and capillary phenomenon.
제2항에 있어서,
상기 (h) 단계에서,
상기 몰드(900)는 상기 공간부(1100) 측에 배치되는 면이 볼록 렌즈 형상 또는 오목렌즈 형상으로 변형되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물 제조방법.
3. The method of claim 2,
In the step (h)
Wherein the surface of the mold (900) disposed on the side of the space (1100) is deformed into a convex lens shape or a concave lens shape.
서로 간격을 두고 배치되는 마이크로미터 크기의 마이크로 돌출부(150)가 규칙적으로 배열된 마이크로 패턴이 표면상에 형성되어 있고,
서로 간격을 두고 배치되는 나노미터 크기의 나노 돌출부(110)가 규칙적으로 배열된 나노 패턴이 표면상에 형성되어 있으며,
상기 나노 돌출부(110)는,
상기 마이크로 돌출부(150)의 상면 및 상기 마이크로 돌출부(150)들의 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물.
There is formed a micropattern having micrometer-sized microprojections 150 arranged regularly spaced apart from one another regularly on the surface,
A nano pattern having regularly arranged nano protrusions 110 of nanometer size disposed at an interval from each other is formed on the surface,
The nano protrusion (110)
(150) and the micro protrusions (150), wherein the micro protrusions (150) are arranged on the upper surface of the micro protrusion (150).
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 마이크로 패턴과 상기 나노 패턴이 형성된 표면은 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 볼록 렌즈 중앙에 오목 렌즈가 형성된 이중곡면 형상 및 평판 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 및 모세관 현상을 이용한 계층적 구조물.8. The method of claim 7,
Wherein the surface on which the micro pattern and the nano pattern are formed is one of a convex lens, a concave lens, a double curved surface with a concave lens formed at the center of the convex lens, and a flat plate shape.
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