KR101551651B1 - 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법 - Google Patents

나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법 Download PDF

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신진국
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Abstract

나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기판이 개시된다. 본 발명의 방법은, 기판 상에 광산란 매질층을 형성하고, 상기 광산란 매질층 상에 금속 성분을 포함하는 금속 유기잉크로 이루어지는 금속 유기잉크층을 형성하고, 열처리에 의해 상기 금속 유기잉크층을 소결하여 금속 나노 마스크를 형성하고, 상기 광산란 매질층을 식각하여 나노 요철 구조를 형성하고, 상기 금속 나노 마스크를 식각하여 나노 요철 구조가 형성된 기판을 제조한다.

Description

나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법{METHOD FOR FABRACATING SUBSTRATE WITH NANOSTRUCTURE}
본 발명은 나노 요철 구조가 형성된 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기발광소자는, 유리 기판에 박막으로 증착된 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO)를 포함하는 투명 전도막을 양극으로 사용하여, 그 위에 정공 주입층, 정공 전달층, 발광층, 전자 전달층, 전자 주입층이 형성되며, 각각의 층마다 사용되는 물질에 따라 고유의 굴절률을 갖게 된다.
이러한 각 물질의 굴절률 차이로 인해 발광층에서 생성된 빛의 대부분은 유리 기판 밖으로 나오지 못하고, 내부로 전반사되어 흡수되거나 옆으로 빠져나가게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유리 기판의 표면에 나노 요철 구조를 형성하여 ITO와 유리기판의 굴절률 차이로 인한 내부 전반사를 완화시켜 더 많은 빛이 유리 기판으로부터 나올 수 있도록 한다.
종래의 유리 기판의 나노 요철 구조를 형성하는 방법으로서, 진공증착(vacuum deposition) 방식을 이용하여 유리 기판에 광산란 매질층을 형성하고, 광산란 매질층이 형성된 기판에 다시 진공증착 방식을 이용하여 금속막을 형성한 후 열처리를 통하여 금속막으로 금속 나노 마스크를 형성한다. 이후, 금속 나노 마스크가 형성된 기판을 건식 식각 방식을 이용하여 요철구조를 형성하고 금속 나노 마스크를 제거함으로써, 최종적으로 나노 요철 구조가 형성된 기판을 제조하게 된다.
이러한 종래기술에 의하면, 금속막을 형성하는 경우 진공증착 방식을 이용하여 박막을 형성하므로, 공정이 복잡하고 비용이 많이 들며 생산성이 낮고, 열처리 공정의 경우도 350℃ 이상의 고온 열처리 공정이 필요하므로, 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 대기중에서 금속 유기잉크를 프린팅 또는 코팅에 의해 형성함으로써, 공정을 단순화하고 비용을 줄이는, 나노 요철 구조가 형성된 기판 제조방법 및 이에 의해 제조된 기판을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법은, 기판 상에 광산란 매질층을 형성하는 단계; 상기 광산란 매질층 상에 금속 성분을 포함하는 금속 유기잉크로 이루어지는 금속 유기잉크층을 형성하는 단계; 열처리에 의해 상기 금속 유기잉크층을 소결하여 금속 나노 마스크를 형성하는 단계; 상기 광산란 매질층을 식각하여 나노 요철 구조를 형성하는 단계; 및 상기 금속 나노 마스크를 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 기판은, 유리기판 또는 유연기판 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 유연기판은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광산란 매질층은, 화학증착, 전자빔 증착, 열증착, 원자층 증착, 스퍼터를 포함하는 증착 방식, 또는 나노입자나 고분자 수지로 제조된 액상의 재료를 코팅 또는 프린팅하는 방식에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광산란 매질층은, 이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 코팅은, 스핀코팅, 슬릿코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아옵셋 프린팅, 리버스옵셋 프린팅, 플렉소 프린팅 중 어느 하나에 의해 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 금속 유기잉크층을 형성하는 단계는, 상기 금속 유기잉크를 상기 광산란 매질층 상에 코팅하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 금속 유기잉크층은, 0.001 내지 10㎛로 코팅될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 금속 유기잉크의 상기 금속성분은, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듈(Pd), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나이거나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 열처리는, 100 내지 300℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 광산란 매질층의 식각은, 건식식각 또는 습식식각일 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 상기의 제조방법에 의해 제조된 나노 요철 구조가 형성된 기판이 제공될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 금속 성분을 포함하는 금속 유기잉크를 광산란 매질층에 코팅함으로써, 종래 복잡한 증착공정을 대체할 수 있으며, 이에 의해 공정이 단순화될 수 있으므로, 비용을 줄이도록 하는 효과가 있다.
또한, 금속 유기잉크를 소결하기 위한 열처리 온도가 종래의 공정에 비해 저온이므로, 유연 기판 제작에 용이하게 하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일실시예의 기판 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 광산란 매질층 표면에 형성된 나노 마스크를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 기판 상에 형성된 나노 요철 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면에서, 막 및 영역의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 실시예에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일실시예의 기판 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 기판 제조방법은, 도 1a와 같은 박막 형태의 기판(10)의 표면에, 도 1b와 같이 광산란 매질층(20)을 형성할 수 있다.
이때, 기판(10)은 유리기판 또는 유연기판(flexible substrate)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 물질로 이루어진 기판이 사용될 수도 있다. 이때 유연기판은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리카보네이트(polycabonate; PC), 폴리이미드(polyimide; PI) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 필름일 수 있다.
또한, 광산란 매질층(20)은 화학증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 열증착(thermal evaporation), 원자층 증착(atomic layer deposition), 스퍼터(sputter)를 포함하는 증착 방식, 또는 나노입자나 고분자 수지로 제조된 액상의 재료를 코팅 또는 프린팅하는 방식에 의해 형성할 수 있다. 또한, 광산란 매질층(20)은 이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화주석(SnOx), 삼산화이알루미늄(Al2O3), 삼산화이인듐(In2O3), 질화규소(SiNx)중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 적합한 물질이 적용될 수 있을 것이다.
이후, 본 발명의 제조방법은, 광산란 매질층(20) 상에, 도 1c와 같이, 금속 성분을 포함하는 금속 유기잉크를 코팅하여, 금속 유기잉크층(30)을 형성할 수 있다. 이때, 금속 유기잉크층에 포함되는 금속성분은, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듈(Pd), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나이거나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 금속성분이 사용될 수 있을 것이다.
또한, 금속 유기잉크층(30)은, 다양한 코팅방식에 의해 코팅될 수 있는데, 예를 들어, 스핀코팅(spin coating), 슬릿코팅(slit coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 스크린 프린팅(screen printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아옵셋 프린팅(gravure offset printing), 리버스옵셋 프린팅(reverse offset printing), 플렉소 프린팅(flexo printing) 중 어느 하나를 이용하여 코팅할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 금속 유기잉크층(30)은 0.001 내지 10㎛의 두께로 코팅될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 본 발명의 일실시예의 제조방법은, 위와 같이, 광산란 매질층(20)과 금속 유기잉크층(30)이 형성된 유리 기판(10)을 열처리함으로써, 금속 유기잉크층(30)을 소결하여 도 1d와 같이 금속 나노 마스크(35)를 형성할 수 있다. 이때, 열처리는 다양한 방식에 의해 수행될 수 있는데, 예를 들어, 컨벡션 오븐(convection oven)을 이용하여 열처리를 할 수도 있고, 핫 플레이트(hot plate)를 이용하거나, 또는 적외선 램프(infrared ray(IR) lamp)를 이용하여 열처리할 수도 있다. 또한, 열처리 온도는 100 내지 300℃의 비교적 저온에서 수행될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 광산란 매질층(20) 표면에 열처리에 의해 형성된 나노 마스크(35)를 설명하기 위한 일실시예 평면도 및 단면도로서, 전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 촬영된 영상이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 금속 나노 마스크(35)는 불규칙적으로 형성될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명의 금속 나노 마스크(35)가 규칙적으로 형성될 수도 있을 것이다.
이후, 금속 나노 마스크(35)가 형성된 기판을 에칭하여, 금속 나노 마스크(35)를 마스크로서, 금속 나노 마스크(35)가 형성되지 않은 영역의 광산란 매질층(20)을 식각함으로써, 도 1e와 같이 나노 요철 구조(25)를 형성할 수 있다. 이때, 에칭 방식은 건식 에칭(dry etching) 또는 습식 에칭(wet etching)을 사용할 수 있으며, 그 외 다양한 에칭 방식을 이용할 수 있을 것이다.
마지막으로, 도 1f와 같이, 습식 에칭 또는 건식 에칭을 이용하여, 금속 나노 마스크(35)를 제거하여, 나노 요철 구조(25)가 형성된 기판(10)을 제조할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 기판(10) 상에 형성된 나노 요철 구조(25)를 설명하기 위한 일예시도로서, 도 3a 및 도 3b 모두 SEM을 이용하여 촬영된 것이고, 도 3a는 기판 상부를 촬영한 사시도이고, 도 3b는 단면도이다.
최종적으로 제조되는 나노 요철 구조(25)는 그 높이가 0.01 내지 1㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 높이는 에칭방식에 따라 변경될 수 있을 것이다.
이와 같이 제조된, 나노 요철 구조(25)가 형성된 기판(10)은, 유기발광소자를 제작하는 경우, 광추출 효율을 높이기 위한 기판으로서 사용할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 유기발광소자 이외의 소자에 대해서도 광추출 효율을 높이기 위해 사용될 수 있는 것임은 자명하다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 금속 성분을 포함하는 금속 유기잉크를 광산란 매질층에 코팅함으로써, 종래 복잡한 증착공정을 대체할 수 있으며, 이에 의해 공정이 단순화될 수 있으므로, 비용을 줄일 수 있다.
또한, 금속 유기잉크를 소결하기 위한 열처리 온도 역시, 종래의 공정에 비해 저온이므로, 유연 기판 제작에 용이하다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 기판 20: 광산란 매질층
25: 나노 요철 구조 30: 금속 유기잉크층
35: 금속 나노 마스크

Claims (12)

  1. 기판 상에 광산란 매질층을 형성하는 단계;
    상기 광산란 매질층 상에 금속 성분을 포함하는 금속 유기잉크로 이루어지는 금속 유기잉크층을 형성하는 단계;
    열처리에 의해 상기 금속 유기잉크층을 소결하여 금속 나노 마스크를 형성하는 단계;
    상기 광산란 매질층을 식각하여 나노 요철 구조를 형성하는 단계; 및
    상기 금속 나노 마스크를 식각하는 단계를 포함하는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은,
    유리기판 또는 유연기판 중 어느 하나를 포함하는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유연기판은,
    폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI) 중 어느 하나 이상을 포함하는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광산란 매질층은,
    화학증착, 전자빔 증착, 열증착, 원자층 증착, 스퍼터를 포함하는 증착 방식, 또는 나노입자나 고분자 수지로 제조된 액상의 재료를 코팅 또는 프린팅하는 방식에 의해 형성되는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광산란 매질층은,
    이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화주석(SnOx), 삼산화이알루미늄(Al2O3), 삼산화이인듐(In2O3), 질화규소(SiNx)중 어느 하나의 물질로 이루어지는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 유기잉크층을 형성하는 단계는,
    상기 금속 유기잉크를 상기 광산란 매질층 상에 코팅하여 형성하는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 코팅은,
    스핀코팅, 슬릿코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아옵셋 프린팅, 리버스옵셋 프린팅, 플렉소 프린팅 중 어느 하나에 의해 수행하는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 금속 유기잉크층은,
    0.001 내지 10㎛로 코팅되는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속 유기잉크의 상기 금속성분은,
    은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듈(Pd), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나이거나, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열처리는,
    100 내지 300℃에서 수행되는 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광산란 매질층의 식각은,
    건식식각 또는 습식식각인 나노 요철 구조가 형성된 기판의 제조방법.
  12. 삭제
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