KR102613990B1 - Reflective structure based on nano particle and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 입자 기반의 반사 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 반사 구조체는 기판 및 기판 상에 리소그래피 공정과 열처리 공정을 통해 형성된 복수의 산란 패턴을 포함하고, 복수의 산란 패턴 각각은 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함한다.The present invention relates to a nanoparticle-based reflective structure and a method of manufacturing the same. The reflective structure according to one embodiment includes a substrate and a plurality of scattering patterns formed on the substrate through a lithography process and a heat treatment process, and a plurality of scattering patterns. Each includes a plurality of nanoparticles and an air gap provided between the plurality of nanoparticles.
Description
본 발명은 나노 입자 기반의 반사 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 입자를 포함하는 고분자 수지를 이용하여 반사 구조체를 형성하는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to a nanoparticle-based reflective structure and a method of manufacturing the same, and more specifically, to the technical idea of forming a reflective structure using a polymer resin containing nanoparticles.
현재 발광 소자 및 발전 소자 등의 빛을 이용하는 소자와 관련한 연구는 굴절률 차이를 줄여 빛의 반사를 줄이거나 굴절률 차이를 높여 빛을 확산시키는 방향으로 진행되고 있으며, 여기서 빛을 이용하는 소자는 빛의 반사, 산란 정도에 따라 소자의 효율이 크게 달라진다. Currently, research on devices that use light, such as light-emitting devices and power generation devices, is being conducted in the direction of reducing the reflection of light by reducing the difference in refractive index or diffusing light by increasing the difference in refractive index. Here, devices that use light include reflection of light, The efficiency of the device varies greatly depending on the degree of scattering.
구체적으로, 빛을 이용하는 소자는 효율 향상을 위해 기능성 구조체 등을 적용하는 방법이 널리 사용되고 있으며, 구조체로 인한 광 특성 조절을 위해 굴절률을 조절하는 방법도 함께 사용되고 있다. Specifically, in devices that use light, methods of applying functional structures, etc. are widely used to improve efficiency, and methods of adjusting the refractive index to control light characteristics due to the structures are also used.
그러나, 상술한 방법으로 구조체를 제작하면, 적색 내지 보라색까지의 가시광선 영역에서 효율적으로 빛을 산란, 반사시키는 구조체의 제작이 어렵다는 단점이 있다.However, manufacturing a structure using the above-described method has the disadvantage that it is difficult to manufacture a structure that efficiently scatters and reflects light in the visible light range from red to violet.
본 발명은 나노입자가 혼합된 고분자 수지에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴을 형성할 수 있는 반사 구조체 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide a reflective structure capable of forming a nanoparticle-based porous scattering pattern through a lithography process and a heat treatment process for a polymer resin mixed with nanoparticles, and a method for manufacturing the same.
또한, 본 발명은 산란 패턴을 구성하는 나노 입자와 공극에 의한 빛의 산란을 통해 광 추출 효율 및 광 산란 효과를 향상시킬 수 있는 반사 구조체 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention seeks to provide a reflective structure that can improve light extraction efficiency and light scattering effect through light scattering by nanoparticles and voids constituting the scattering pattern, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 솔루션 기반 리소그래피 공정을 통해 산란 패턴을 형성함으로써, 균일한 크기, 모양 및 배열을 갖는 산란 패턴을 대면적으로 생산할 수 있는 반사 구조체 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a reflective structure and a method of manufacturing the same that can produce a scattering pattern with uniform size, shape, and arrangement in a large area by forming the scattering pattern through a solution-based lithography process.
본 발명의 일실시예에 따른 반사 구조체는 기판 및 기판 상에 리소그래피 공정과 열처리 공정을 통해 형성된 복수의 산란 패턴을 포함하고, 복수의 산란 패턴 각각은 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함할 수 있다. The reflective structure according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a plurality of scattering patterns formed on the substrate through a lithography process and a heat treatment process, and each of the plurality of scattering patterns is provided between a plurality of nanoparticles and a plurality of nanoparticles. may include air gaps.
일측에 따르면, 복수의 산란 패턴은 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지(polymer resin)가 형성된 기판에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거되어 형성된 패턴일 수 있다. According to one side, the plurality of scattering patterns may be patterns formed by removing the polymer resin through a lithography process and a heat treatment process on a substrate on which a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles is formed.
본 발명의 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 기판 상에 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지(polymer resin)를 형성하는 단계와, 고분자 수지를 리소그래피 공정을 통해 성형하는 단계 및 고분자 수지가 성형된 기판에 대한 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거된 복수의 산란 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment of the present invention includes forming a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles on a substrate, molding the polymer resin through a lithography process, and forming the polymer resin through a lithography process. It may include forming a plurality of scattering patterns in which the polymer resin is removed through a heat treatment process on the molded substrate.
일측에 따르면, 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함할 수 있다.According to one side, it may include a plurality of nanoparticles and an air gap provided between the plurality of nanoparticles.
일측에 따르면, 복수의 나노 입자는 이산화 타이타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 칼슘(CaO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. According to one side, the plurality of nanoparticles may include at least one of titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO). You can.
일측에 따르면, 복수의 나노 입자 각각은 20nm 내지 500nm의 직경으로 형성될 수 있다.According to one side, each of the plurality of nanoparticles may be formed with a diameter of 20 nm to 500 nm.
일측에 따르면, 고분자 수지는 PS(polystyrene), PMMA(poly(methyl methacrylate)), PBMA(poly benzyl meta acrylate), PVC(polyvinyl chloride), PVA(polyvinyl alcohol), PC(polycarbonate) 및 PET(polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. According to one side, polymer resins include PS (polystyrene), PMMA (poly(methyl methacrylate)), PBMA (poly benzyl meta acrylate), PVC (polyvinyl chloride), PVA (polyvinyl alcohol), PC (polycarbonate), and PET (polyethylene terephthalate). ) may include at least one of
일측에 따르면, 리소그래피 공정은 포토 리소그래피(photolithogrpahy), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography), 나노트랜스퍼 프린팅(nanotransfer printing) 및 롤임프린트 리소그래피(roll imprint lithography) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one side, the lithography process includes photolithography, laser interference lithography, e-beam lithography, nanoimprint lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography. It may include at least one of (roll imprint lithography).
일측에 따르면, 복수의 산란 패턴을 형성하는 단계는 고분자 수지가 성형된 기판을 400℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하여 고분자 수지를 제거할 수 있다. According to one side, the step of forming a plurality of scattering patterns may be performed by heat treating the substrate on which the polymer resin is molded at a temperature of 400°C to 600°C to remove the polymer resin.
일측에 따르면, 반사 구조체의 제조방법은 복수의 산란 패턴의 잔여층을 제거하여 복수의 산란 패턴 사이에 기판의 노출 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one side, the method of manufacturing a reflective structure may further include forming an exposed area of the substrate between the plurality of scattering patterns by removing the remaining layer of the plurality of scattering patterns.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자는 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함하는 복수의 산란 패턴이 형성된 기판과, 복수의 산란 패턴 사이에 구비된 기판의 노출 영역에 형성된 시드층 및 시드층의 외면으로부터 성장된 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. A light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a substrate on which a plurality of scattering patterns including a plurality of nanoparticles and air gaps provided between the plurality of nanoparticles are formed, and a substrate provided between the plurality of scattering patterns. It may include a seed layer formed in the exposed area and a nitride semiconductor layer grown from the outer surface of the seed layer.
일측에 따르면, 복수의 산란 패턴은 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지(polymer resin)가 형성된 기판에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거되어 형성된 패턴일 수 있다.According to one side, the plurality of scattering patterns may be patterns formed by removing the polymer resin through a lithography process and a heat treatment process on a substrate on which a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles is formed.
일측에 따르면, 질화물 반도체층은 노출 영역에 기초한 측면 성장(lateral epitaxial)을 통해 시드층의 외면으로부터 성장될 수 있다.According to one side, the nitride semiconductor layer may be grown from the outer surface of the seed layer through lateral epitaxial growth based on the exposed area.
일실시예에 따르면, 본 발명은 나노입자가 혼합된 고분자 수지에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴을 형성할 수 있다. According to one embodiment, the present invention can form a nanoparticle-based porous scattering pattern through a lithography process and a heat treatment process for a polymer resin mixed with nanoparticles.
또한, 본 발명은 산란 패턴을 구성하는 나노 입자와 공극에 의한 빛의 산란을 통해 광 추출 효율 및 광 산란 효과를 향상시킬 수 있다.Additionally, the present invention can improve light extraction efficiency and light scattering effect through light scattering by nanoparticles and pores constituting the scattering pattern.
또한, 본 발명은 솔루션 기반 리소그래피 공정을 통해 산란 패턴을 형성함으로써, 균일한 크기, 모양 및 배열을 갖는 산란 패턴을 대면적으로 생산할 수 있다.Additionally, the present invention forms a scattering pattern through a solution-based lithography process, making it possible to produce a scattering pattern with uniform size, shape, and arrangement in a large area.
도 1a 내지 도 1b는 일실시예에 따른 반사 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법의 구현예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 반사 구조체를 포함하는 발광 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 반사 구조체를 포함하는 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.1A to 1B are diagrams for explaining a reflective structure according to an embodiment.
Figure 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment.
3A to 3D are diagrams for explaining an implementation example of a method for manufacturing a reflective structure according to an embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a light-emitting device including a reflective structure according to an embodiment.
Figure 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing a light-emitting device including a reflective structure according to an embodiment.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments and terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various changes, equivalents, and/or substitutes for the embodiments.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of the items listed together.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” can modify the corresponding components regardless of order or importance and are used to distinguish one component from another. It is only used and does not limit the corresponding components.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a component (e.g., a first) component is said to be "connected (functionally or communicatively)" or "connected" to another (e.g., second) component, it means that the component is connected to the other component. It may be connected directly to an element or may be connected through another component (e.g., a third component).
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, “configured to” means “suitable for,” “having the ability to,” or “changed to,” depending on the situation, for example, in terms of hardware or software. ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device. , may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Additionally, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers depending on the specific embodiment presented.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expressions are selected to suit the presented situation for convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even if the components expressed in plural are composed of singular or , Even components expressed as singular may be composed of plural elements.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but of course, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea implied by the various embodiments.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims described below as well as equivalents to these claims.
도 1a 내지 도 1b는 일실시예에 따른 반사 구조체를 설명하기 위한 도면이다. 1A to 1B are diagrams for explaining a reflective structure according to an embodiment.
일실시예에 따른 반사 구조체는 나노입자가 혼합된 고분자 수지(polymer resin)에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 기판 상에 형성된 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴을 통해 광추출 효율 및 광산란 효과를 향상시킬 수 있다. The reflective structure according to one embodiment improves light extraction efficiency and light scattering effect through a nanoparticle-based porous scattering pattern formed on a substrate through a lithography process and a heat treatment process for polymer resin mixed with nanoparticles. You can.
구체적으로, 반사 구조체는 공정에 사용되는 고분자 수지 및 나노 입자의 조성비 변화에 따라 굴절률 조절 및 다공성 구조를 형성하는 것이 가능하여 광학적 특성 개선에 매우 유리하며, 이를 통해 형성된 산란 패턴의 광추출 효율 및 광산란 효과를 극대화할 수 있다. Specifically, the reflective structure can control the refractive index and form a porous structure according to changes in the composition ratio of the polymer resin and nanoparticles used in the process, which is very advantageous in improving optical properties, and the light extraction efficiency and light scattering of the scattering pattern formed through this is possible. The effect can be maximized.
도 1a 내지 도 1b를 참조하면, 도 1a는 일실시예에 따른 반사 구조체(100)의 단면도를 도시하고, 도 1b는 일실시예에 따른 반사 구조체(100)의 상면도를 도시한다.1A to 1B, FIG. 1A shows a cross-sectional view of the reflective structure 100 according to an embodiment, and FIG. 1B shows a top view of the reflective structure 100 according to an embodiment.
구체적으로, 반사 구조체(100)는 기판(110) 및 기판(110) 상에 리소그래피 공정과 열처리 공정을 통해 형성된 복수의 산란 패턴(120)을 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 산란 패턴(120)은 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함할 수 있다. Specifically, the reflective structure 100 may include a substrate 110 and a plurality of scattering patterns 120 formed on the substrate 110 through a lithography process and a heat treatment process, where each scattering pattern 120 may include a plurality of nanoparticles and an air gap provided between the plurality of nanoparticles.
다시 말해, 기판(110) 상에 형성된 산란 패턴(120)은 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴일 수 있다. In other words, the scattering pattern 120 formed on the substrate 110 may be a nanoparticle-based porous scattering pattern.
일측에 따르면, 각각의 산란 패턴(120)은 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지가 형성된 기판에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거되어 형성된 패턴일 수 있다. According to one side, each scattering pattern 120 may be a pattern formed by removing the polymer resin through a lithography process and a heat treatment process on a substrate on which a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles is formed.
일측에 따르면, 각각의 산란 패턴(120)은 0.3μm 내지 3.0μm의 직경(diameter)으로 형성되고, 종횡비(aspect ratio)는 0.5 내지 2.0으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 산란 패턴(120) 사이에 형성된 기판의 노출 영역의 간격은 0.05 내지 0.5 x (산란 패턴의 직경)으로 결정될 수 있다. According to one side, each scattering pattern 120 may be formed with a diameter of 0.3 μm to 3.0 μm and an aspect ratio of 0.5 to 2.0. Additionally, the spacing of the exposed areas of the substrate formed between the plurality of scattering patterns 120 may be determined to be 0.05 to 0.5 x (the diameter of the scattering pattern).
일실시예에 따른 반사 구조체는 이후 반사 구조체의 제조방법을 설명하는 도 2 내지 도 3d를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The reflective structure according to one embodiment will be described in more detail later with reference to FIGS. 2 to 3D illustrating a method of manufacturing the reflective structure.
도 2는 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. Figure 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment.
일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 나노입자가 혼합된 고분자 수지에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴을 형성할 수 있다. The method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment can form a nanoparticle-based porous scattering pattern through a lithography process and a heat treatment process on a polymer resin mixed with nanoparticles.
또한, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 산란 패턴을 구성하는 나노 입자와 공극에 의한 빛의 산란을 통해 광 추출 효율 및 광 산란 효과를 향상시킬 수 있다.Additionally, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment can improve light extraction efficiency and light scattering effect through light scattering by nanoparticles and pores constituting the scattering pattern.
또한, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 솔루션 기반 리소그래피 공정을 통해 산란 패턴을 형성함으로써, 균일한 크기, 모양 및 배열을 갖는 산란 패턴을 대면적으로 생산할 수 있다. In addition, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment forms a scattering pattern through a solution-based lithography process, so that a scattering pattern having a uniform size, shape, and arrangement can be produced in a large area.
구체적으로, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 화학적 식각 공정을 이용하지 않고, 리소그래피 방식으로 패턴을 제작하므로 광 소자별 최적화된 형태의 구조물 형성이 가능하며, 솔루션 내부 조성비 변화를 통해 굴절률과 다공성 구조 형성에 따른 산란 및 반사율을 용이하게 조절할 수 있다.Specifically, the method of manufacturing a reflective structure according to one embodiment produces a pattern using a lithography method without using a chemical etching process, so it is possible to form a structure of an optimized shape for each optical device, and the refractive index and Scattering and reflectance can be easily adjusted due to the formation of a porous structure.
도 2를 참조하면, 210 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 기판 상에 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지(polymer resin)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2, in step 210, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may form a polymer resin in which a plurality of nanoparticles are mixed on a substrate.
다시 말해, 210 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 산란 패턴 형성 과정에서 사용 가능한 고분자 수지 내부에 나노 입자를 첨가하여, 이를 통해 형성되는 산란 패턴의 굴절율을 조절할 수 있다. In other words, in step 210, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment can adjust the refractive index of the scattering pattern formed by adding nanoparticles to the interior of the polymer resin available during the scattering pattern formation process.
예를 들면, 나노 입자는 20nm 내지 500nm의 직경으로 형성되고, 이산화 타이타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 칼슘(CaO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, nanoparticles are formed with a diameter of 20 nm to 500 nm, and include titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO). ) may include at least one of
또한, 고분자 수지는 PS(polystyrene), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PBMA(poly benzyl meta acrylate), PVC(polyvinyl chloride), PVA(polyvinyl alcohol), PC(polycarbonate) 및 PET(polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, polymer resins include PS (polystyrene), PMMA (poly(methyl methacrylate)), PBMA (poly benzyl meta acrylate), PVC (polyvinyl chloride), PVA (polyvinyl alcohol), PC (polycarbonate), and PET (polyethylene terephthalate). It can contain at least one.
또한, 기판은 사파이어 기판(sapphire substrate) 및 PSS(patterned sapphire substrate) 중 적어도 하나의 기판일 수 있으나, 바람직하게는 기판은 PSS일 수 있다. Additionally, the substrate may be at least one of a sapphire substrate and a patterned sapphire substrate (PSS), but preferably the substrate may be PSS.
구체적으로, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 통해 제조된 PSS를 이용하여 LED 소자를 제작할 경우, 기존 사파이어를 이용한 PSS 보다 큰 반사율을 갖는 기판이 제작 가능하며, 이를 통해 제작된 LED와 같은 발광 소자의 광효율을 크게 향상시킬 수 있다. Specifically, when manufacturing an LED device using PSS manufactured through the manufacturing method of a reflective structure according to an embodiment, a substrate having a greater reflectance than PSS using existing sapphire can be manufactured, and the LED manufactured through this can be The light efficiency of light emitting devices can be greatly improved.
다음으로, 220 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 고분자 수지를 리소그래피 공정을 통해 성형할 수 있다.Next, in step 220, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may be performed by molding a polymer resin through a lithography process.
일측에 따르면, 220 단계에서 일실시예에 따른 반사 구초제의 제조방법은 광학적 리소그래피 공정과 비광학적 리소그래피 공정 중 적어도 하나의 방법을 통해 고분자 수지를 산란 패턴의 형상으로 성형할 수 있다. According to one side, in step 220, the method of manufacturing a reflective backing agent according to an embodiment may mold a polymer resin into the shape of a scattering pattern through at least one of an optical lithography process and a non-optical lithography process.
예를 들면, 광학적 리소그래피 공정은 포토 리소그래피(photolithogrpahy), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography) 및 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the optical lithography process may include at least one of photolithography, laser interference lithography, and e-beam lithography.
또한, 비광학적 리소그래피 공정은 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography), 나노트랜스퍼 프린팅(nanotransfer printing) 및 롤임프린트 리소그래피(roll imprint lithography) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Additionally, the non-optical lithography process may include at least one of nanoimprint lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography.
바람직하게는, 220 단계에서 일실시예에 따른 반사 구초제의 제조방법은 나노임프린트 리소그래피 공정을 통해 고분자 수지를 성형할 수 있다. Preferably, in step 220, the method for manufacturing a reflective backing agent according to an embodiment may mold a polymer resin through a nanoimprint lithography process.
다음으로, 230 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 고분자 수지가 성형된 기판에 대한 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거된 복수의 산란 패턴을 형성할 수 있다. Next, in step 230, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may form a plurality of scattering patterns in which the polymer resin is removed through a heat treatment process on a substrate on which the polymer resin is molded.
일측에 따르면, 복수의 산란 패턴 각각은 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함할 수 있다.According to one side, each of the plurality of scattering patterns may include a plurality of nanoparticles and an air gap provided between the plurality of nanoparticles.
일측에 따르면, 230 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 고분자 수지가 성형된 기판을 400℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하여 고분자 수지를 제거할 수 있다. According to one side, in step 230, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may remove the polymer resin by heat-treating the substrate on which the polymer resin is molded at a temperature of 400°C to 600°C.
한편, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 복수의 산란 패턴의 잔여층(residual layer)을 제거하여 복수의 산란 패턴 사이에 기판의 노출 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may further include forming an exposed area of the substrate between the plurality of scattering patterns by removing a residual layer of the plurality of scattering patterns.
일측에 따르면, 노출 영역을 형성하는 단계는 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법의 220 단계 이후 또는 230 단계 이후에 수행될 수 있다. According to one side, the step of forming the exposed area may be performed after step 220 or after step 230 of the method for manufacturing a reflective structure according to an embodiment.
일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 이후 실시예 도 3a 내지 도 3d를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. A method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment will be described in more detail later with reference to FIGS. 3A to 3D.
도 3a 내지 도 3d는 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법의 구현예를 설명하기 위한 도면이다. 3A to 3D are diagrams for explaining an implementation example of a method for manufacturing a reflective structure according to an embodiment.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 310 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 기판(311) 상에 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지(312)를 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 3A to 3D, in step 310, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may form a polymer resin 312 in which a plurality of nanoparticles are mixed on a substrate 311.
예를 들면, 나노 입자는 20nm 내지 500nm의 직경으로 형성되고, 이산화 타이타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 칼슘(CaO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, nanoparticles are formed with a diameter of 20 nm to 500 nm, and include titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO). ) may include at least one of
또한, 고분자 수지는 PS, PMMA, PBMA, PVC, PVA, PC 및 PET 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 기판(311)은 사파이어 기판 및 PSS 중 적어도 하나의 기판일 수 있다. Additionally, the polymer resin may include at least one of PS, PMMA, PBMA, PVC, PVA, PC, and PET, and the substrate 311 may be at least one of a sapphire substrate and PSS.
다음으로, 320 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 임프린트 스템프(imprint stamp)를 이용하여 고분자 수지(312)를 산란 패턴의 형상으로 성형할 수 있으며, 기판(311) 상에서 산란 패턴의 형상으로 성형된 고분자 수지(322)는 잔여층(residual layer)을 포함할 수 있다. Next, in step 320, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment can mold the polymer resin 312 into the shape of a scattering pattern using an imprint stamp, and form the scattering pattern on the substrate 311. The polymer resin 322 molded into a shape may include a residual layer.
즉, 320 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 고분자 수지(312)를 나노임프린트 리소그래피 공정을 통해 성형하는 방법을 예시하나, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조 방법은 이에 한정되지 않고 포토 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 나노트랜스퍼 프린팅 및 롤임프린트 리소그래피 중 어느 하나의 리소그래피 공정을 통해 고분자 수지(312)를 성형할 수도 있다. That is, in step 320, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment exemplifies a method of molding the polymer resin 312 through a nanoimprint lithography process, but the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment is not limited thereto. The polymer resin 312 may be molded through any lithography process among photo lithography, laser interference lithography, electron beam lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography.
다음으로, 330 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 산란 패턴의 형상으로 성형된 고분자 수지(322)에 포함된 잔여층을 제거하여 기판(311) 상에 잔여층이 제거된 고분자 수지(331)만을 남겨둘 수 있다. Next, in step 330, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment removes the residual layer contained in the polymer resin 322 molded into the shape of a scattering pattern, and forms the polymer resin from which the residual layer has been removed on the substrate 311. Only (331) can be left.
다시 말해, 330 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 성형된 고분자 수지(322)에 포함된 잔여층을 식각 공정을 통해 제거함으로써, 잔여층이 제거된 복수의 고분자 수지(331) 사이에 기판(311)의 상부층이 드러나는 영역인 노출 영역을 형성할 수 있다. In other words, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment in step 330 removes the residual layer included in the molded polymer resin 322 through an etching process, thereby forming a gap between the plurality of polymer resins 331 from which the residual layer has been removed. An exposed area, which is an area where the upper layer of the substrate 311 is exposed, can be formed.
예를 들면, 노출 영역의 간격은 0.05 내지 0.5 x (산란 패턴의 직경)으로 결정될 수 있다. For example, the spacing of the exposed areas may be determined to be 0.05 to 0.5 x (the diameter of the scattering pattern).
일측에 따르면, 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 잔여층을 제거하는 330 단계를 320 단계 이후가 아니라, 340 단계 이후에 수행할 수도 있다. According to one side, in the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment, step 330 of removing the remaining layer may be performed after step 340, not after step 320.
다음으로, 340 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 잔여층이 제거된 고분자 수지(331)가 형성된 기판(311)에 대한 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거된 산란 패턴(341)을 형성할 수 있다. Next, in step 340, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment creates a scattering pattern 341 from which the polymer resin has been removed through a heat treatment process on the substrate 311 on which the polymer resin 331 from which the residual layer has been removed is formed. can be formed.
일측에 따르면, 340 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 기판(311)을 400℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하여 고분자 수지를 제거할 수 있다. According to one side, in step 340, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may remove the polymer resin by heat treating the substrate 311 at a temperature of 400°C to 600°C.
일측에 따르면, 산란 패턴(341)은 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극을 포함할 수 있다. According to one side, the scattering pattern 341 may include a plurality of nanoparticles and pores provided between the plurality of nanoparticles.
다시 말해, 340 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 열처리 공정을 통해 고분자 수지를 제거하여 고분자 수지에 구비된 복수의 나노입자만을 기판(311) 상에 위치시킴으로써, 최종적으로 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴(341)을 형성할 수 있다. In other words, in step 340, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment removes the polymer resin through a heat treatment process and places only a plurality of nanoparticles included in the polymer resin on the substrate 311, ultimately resulting in nanoparticle-based A porous scattering pattern 341 can be formed.
도 4는 일실시예에 따른 반사 구조체를 포함하는 발광 소자를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a diagram for explaining a light-emitting device including a reflective structure according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 발광 소자(400)는 기판(410), 시드층(420) 및 질화물 반도체층(430)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the light emitting device 400 according to one embodiment may include a substrate 410, a seed layer 420, and a nitride semiconductor layer 430.
일실시예에 따른 기판(410)은 복수의 나노입자와 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함하는 복수의 산란 패턴이 형성될 수 있다. The substrate 410 according to one embodiment may have a plurality of scattering patterns formed including a plurality of nanoparticles and air gaps provided between the plurality of nanoparticles.
일측에 따르면, 복수의 산란 패턴 각각은 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지가 형성된 기판에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거되어 형성된 패턴일 수 있다. According to one side, each of the plurality of scattering patterns may be a pattern formed by removing the polymer resin through a lithography process and a heat treatment process on a substrate on which a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles is formed.
예를 들면, 나노 입자는 20nm 내지 500nm의 직경으로 형성되고, 이산화 타이타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 칼슘(CaO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, nanoparticles are formed with a diameter of 20 nm to 500 nm, and include titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO). ) may include at least one of
또한, 고분자 수지는 PS, PMMA, PBMA, PVC, PVA, PC 및 PET 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Additionally, the polymer resin may include at least one of PS, PMMA, PBMA, PVC, PVA, PC, and PET.
리소그래피 공정은 포토 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 나노트랜스퍼 프린팅 및 롤임프린트 리소그래피 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The lithography process may include at least one of photo lithography, laser interference lithography, electron beam lithography, nanoimprint lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography.
열처리 공정은 고분자 수지가 성형된 기판을 400℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하여 고분자 수지를 제거할 수 있다.In the heat treatment process, the polymer resin can be removed by heat treating the substrate on which the polymer resin is molded at a temperature of 400°C to 600°C.
한편, 기판(410)은 잔여층(residual layer)이 제거되어 복수의 산란 패턴 사이에 노출 영역이 형성될 수 있다. Meanwhile, the residual layer of the substrate 410 may be removed to form an exposed area between the plurality of scattering patterns.
일실시예에 따른 시드층(420)은 복수의 산란 패턴 사이에 구비된 기판(410)의 노출 영역에 형성될 수 있다. The seed layer 420 according to one embodiment may be formed in an exposed area of the substrate 410 provided between a plurality of scattering patterns.
일실시예에 따른 질화물 반도체층(430)은 시드층(420)의 외면으로부터 성장되어 형성될 수 있다. The nitride semiconductor layer 430 according to one embodiment may be formed by growing from the outer surface of the seed layer 420.
일측에 따르면, 질화물 반도체층(430)은 노출 영역에 기초한 측면 성장(lateral epitaxial)을 통해 시드층의 외면으로부터 성장될 수 있다. According to one side, the nitride semiconductor layer 430 may be grown from the outer surface of the seed layer through lateral epitaxial growth based on the exposed area.
예를 들면, 질화물 반도체층(430)은 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the nitride semiconductor layer 430 may include at least one of an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer.
일측에 따르면, 질화물 반도체층(430)은 노출 영역에 형성된 시드층(420)의 외면으로부터 측면 성장을 통해 성장되는 n형 반도체층과, n형 반도체층 상에 성장되는 활성층 및 활성층 상에 성장되는 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 질화물 반도체층(430)은 순차적으로 성장되는 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. According to one side, the nitride semiconductor layer 430 includes an n-type semiconductor layer grown through lateral growth from the outer surface of the seed layer 420 formed in the exposed area, an active layer grown on the n-type semiconductor layer, and an active layer grown on the active layer. It may include a p-type semiconductor layer. Depending on the embodiment, the nitride semiconductor layer 430 may include a p-type semiconductor layer, an active layer, and an n-type semiconductor layer that are sequentially grown.
예를 들면, 질화물 반도체층(430)은 질화 갈륨(gallium nitride, GaN), 질화 알루미늄(aluminium nitride, AlN), 알루미늄 갈륨 질화물(aluminium gallium nitride, AlGaN), 질화 인듐(indium nitride, InN), 인듐 갈륨 질화물(indium gallium nitride, InGaN) 및 알루미늄 인듐 갈륨 질화물(aluminum indium gallium nitride, AlInGaN) 중 적어도 하나의 질화물을 포함할 수 있다. For example, the nitride semiconductor layer 430 is made of gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium nitride (InN), and indium. It may include at least one nitride of gallium gallium nitride (InGaN) and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN).
일측에 따르면, 활성층은 에너지 밴드 갭이 작은 물질을 사용하는 양자우물(quantum well) 및 에너지 밴드 갭이 큰 물질을 사용하는 양자 배리어(quantum barrier)가 적어도 1회 교대로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 양자우물은 단일 양자우물(single quantum well) 구조 또는 다중 양자우물(multi-quantum well, MQW) 구조를 가질 수 있다. According to one side, the active layer may have a structure in which quantum wells using materials with a small energy band gap and quantum barriers using materials with a large energy band gap are alternately stacked at least once. , the quantum well may have a single quantum well (single quantum well) structure or a multi-quantum well (MQW) structure.
바람직하게는, 양자우물로는 인듐 갈륨 질화물(InGaN)이 사용될 수 있고, 양자 배리어로는 질화 갈륨(GaN)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, indium gallium nitride (InGaN) may be used as the quantum well, and gallium nitride (GaN) may be used as the quantum barrier, but are not limited thereto.
일측에 따르면, 질화물 반도체층(430)은 선택적 식각 공정 및 증착 공정을 통해 n형 반도체층 상에 형성된 제1 전극 및 p형 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 더 포함할 수 있다. According to one side, the nitride semiconductor layer 430 may further include a first electrode formed on an n-type semiconductor layer and a second electrode formed on a p-type semiconductor layer through a selective etching process and a deposition process.
예를 들면, 제1 전극 및 제2 전극은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 니켈/금(Ni/Au), 티타늄/알루미늄(Ti/Al), 인듐 주석 산화물(ITO) 및 아연 산화물(ZnO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the first electrode and the second electrode are platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), nickel/gold (Ni/Au), titanium/aluminum ( It may include at least one of Ti/Al), indium tin oxide (ITO), and zinc oxide (ZnO).
또한, 제1 전극 및 제2 전극은 열 증착(thermal evaporator), 전자 빔 증착(E-beam evaporator), 스퍼터링(RF or DC sputter) 중 적어도 하나의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. Additionally, the first electrode and the second electrode may be formed through at least one deposition method among thermal evaporator, E-beam evaporator, and sputtering (RF or DC sputter).
도 5a 내지 도 5b는 일실시예에 따른 반사 구조체를 포함하는 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 5A to 5B are diagrams for explaining a method of manufacturing a light emitting device including a reflective structure according to an embodiment.
다시 말해, 도 5a 내지 도 5b는 도 4를 통해 설명한 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서 도 5a 내지 도 5b를 통해 설명하는 내용 중 도 4를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In other words, FIGS. 5A to 5B are diagrams for explaining a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment described with reference to FIG. 4, and among the content described with reference to FIGS. 5A to 5B below, the content explained with reference to FIG. 4 Descriptions that overlap with will be omitted.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 510 단계에서 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴이 형성된 기판에서 노출 영역(A)에 시드층(511)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 5A and 5B, in step 510, in the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment, a seed layer 511 may be formed in the exposed area (A) on a substrate on which a nanoparticle-based porous scattering pattern is formed. .
일측에 따르면, 510 단계에서 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 기판 상에 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one side, in step 510, the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment may further include forming a nanoparticle-based porous scattering pattern on the substrate.
구체적으로, 510 단계에서 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 기판 상에 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지를 형성하는 단계와, 형성된 고분자 수지를 리소그래피 공정을 통해 성형하는 단계 및 고분자 수지가 성형된 기판에 대한 열처리 공정을 통해 고분자 수지가 제거된 복수의 산란 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. Specifically, in step 510, the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment includes forming a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles on a substrate, molding the formed polymer resin through a lithography process, and forming the polymer resin. It may further include forming a plurality of scattering patterns in which the polymer resin is removed through a heat treatment process on the molded substrate.
예를 들면, 나노 입자는 20nm 내지 500nm의 직경으로 형성되고, 이산화 타이타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 칼슘(CaO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, nanoparticles are formed with a diameter of 20 nm to 500 nm, and include titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO). ) may include at least one of
또한, 고분자 수지는 PS, PMMA, PBMA, PVC, PVA, PC 및 PET 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Additionally, the polymer resin may include at least one of PS, PMMA, PBMA, PVC, PVA, PC, and PET.
일측에 따르면, 510 단계에서 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 포토 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 나노트랜스퍼 프린팅 및 롤임프린트 리소그래피 중 적어도 하나의 리소그래피 공정을 통해 기판에 형성된 고분자 수지를 성형할 수 있다.According to one side, the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment in step 510 includes forming a light emitting device on a substrate through at least one lithography process among photo lithography, laser interference lithography, electron beam lithography, nanoimprint lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography. Polymer resin can be molded.
또한, 510 단계에서 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 고분자 수지가 성형된 기판을 400℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하여 고분자 수지를 제거할 수 있다.Additionally, in step 510, the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment may remove the polymer resin by heat treating the substrate on which the polymer resin is molded at a temperature of 400°C to 600°C.
일측에 따르면, 510 단계에서 일실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 잔여층(residual layer)을 제거하여 복수의 산란 패턴 사이에 기판의 노출 영역(A)을 형성할 수 있다. According to one side, in step 510, the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment may form an exposed area (A) of the substrate between a plurality of scattering patterns by removing a residual layer.
다음으로, 520 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 형성된 시드층(511)의 외면으로부터 질화물 반도체층(521)을 성장시킬 수 있다. Next, in step 520, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment may grow a nitride semiconductor layer 521 from the outer surface of the formed seed layer 511.
일측에 따르면, 520 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 노출 영역(A)에 기초한 측면 성장(lateral epitaxial)을 통해 시드층(511)의 외면으로부터 질화물 반도체층(521)을 성장시킬 수 있다.According to one side, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment in step 520 involves growing the nitride semiconductor layer 521 from the outer surface of the seed layer 511 through lateral epitaxial growth based on the exposed area (A). You can.
예를 들면, 질화물 반도체층(521)은 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the nitride semiconductor layer 521 may include at least one of an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer.
일측에 따르면, 520 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 측면 성장을 통해 시드층(511)의 외면으로부터 n형 반도체층을 성장시키고, 성장된 n형 반도체층 상에 활성층을 성장시키며, 성장된 활성층 상에 p형 반도체층을 성장시킬 수 있다. According to one side, in step 520, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment grows an n-type semiconductor layer from the outer surface of the seed layer 511 through lateral growth, and grows an active layer on the grown n-type semiconductor layer. , a p-type semiconductor layer can be grown on the grown active layer.
일측에 따르면, 520 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 측면 성장을 통해 시드층(511)의 외면으로부터 p형 반도체층을 성장시키고, 성장된 p형 반도체층 상에 활성층을 성장시키며, 성장된 활성층 상에 n형 반도체층을 성장시킬 수도 있다. According to one side, in step 520, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment grows a p-type semiconductor layer from the outer surface of the seed layer 511 through lateral growth, and grows an active layer on the grown p-type semiconductor layer. , an n-type semiconductor layer may be grown on the grown active layer.
예를 들면, 질화물 반도체층(521)은 질화 갈륨(GaN), 질화 알루미늄(AlN), 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN), 질화 인듐(InN), 인듐 갈륨 질화물(InGaN) 및 알루미늄 인듐 갈륨 질화물(AlInGaN) 중 적어도 하나의 질화물을 포함할 수 있다. For example, the nitride semiconductor layer 521 may include gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN). It may contain at least one nitride.
일측에 따르면, 활성층은 에너지 밴드 갭이 작은 물질을 사용하는 양자우물 및 에너지 밴드 갭이 큰 물질을 사용하는 양자 배리어가 적어도 1회 교대로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 양자우물은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. According to one side, the active layer may have a structure in which quantum wells using materials with a small energy band gap and quantum barriers using materials with a large energy band gap are alternately stacked at least once, and the quantum well has a single quantum well structure. Alternatively, it may have a multiple quantum well structure.
바람직하게는, 양자우물로는 인듐 갈륨 질화물(InGaN)이 사용될 수 있고, 양자 배리어로는 질화 갈륨(GaN)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, indium gallium nitride (InGaN) may be used as the quantum well, and gallium nitride (GaN) may be used as the quantum barrier, but are not limited thereto.
520 단계에서 일실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법은 질화물 반도체층(430)에 대한 선택적 식각 공정 및 증착 공정을 통해 n형 반도체층 상에 형성된 제1 전극을 형성하는 단계 및 증착 공정을 통해 p형 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. In step 520, the method of manufacturing a reflective structure according to an embodiment includes forming a first electrode formed on an n-type semiconductor layer through a selective etching process and a deposition process for the nitride semiconductor layer 430, and p through a deposition process. The method may further include forming a second electrode on the type semiconductor layer.
예를 들면, 제1 전극 및 제2 전극은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 니켈/금(Ni/Au), 티타늄/알루미늄(Ti/Al), 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 아연 산화물(ZnO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the first electrode and the second electrode are platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), nickel/gold (Ni/Au), titanium/aluminum ( It may include at least one of Ti/Al), indium tin oxide (ITO), or zinc oxide (ZnO).
또한, 제1 전극 및 제2 전극은 열 증착(thermal evaporator), 전자 빔 증착(E-beam evaporator), 스퍼터링(RF or DC sputter) 중 적어도 하나의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다.Additionally, the first electrode and the second electrode may be formed through at least one deposition method among thermal evaporator, E-beam evaporator, and sputtering (RF or DC sputter).
결국, 본 발명을 이용하면, 나노입자가 혼합된 고분자 수지에 대한 리소그래피 공정 및 열처리 공정을 통해 나노입자 기반의 다공성 산란 패턴을 형성할 수 있다. Ultimately, using the present invention, a nanoparticle-based porous scattering pattern can be formed through a lithography process and a heat treatment process for a polymer resin mixed with nanoparticles.
또한, 본 발명은 산란 패턴을 구성하는 나노 입자와 공극에 의한 빛의 산란을 통해 광 추출 효율 및 광 산란 효과를 향상시킬 수 있다. Additionally, the present invention can improve light extraction efficiency and light scattering effect through light scattering by nanoparticles and pores constituting the scattering pattern.
또한, 본 발명은 솔루션 기반 리소그래피 공정을 통해 산란 패턴을 형성함으로써, 균일한 크기, 모양 및 배열을 갖는 산란 패턴을 대면적으로 생산할 수 있다.Additionally, the present invention forms a scattering pattern through a solution-based lithography process, making it possible to produce a scattering pattern with uniform size, shape, and arrangement in a large area.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
100: 반사 구조체 110: 기판
120: 산란 패턴100: reflective structure 110: substrate
120: Scattering pattern
Claims (13)
상기 기판 상에 리소그래피 공정과 열처리 공정을 통해 형성된 복수의 산란 패턴;
상기 복수의 산란 패턴 사이에 구비된 상기 기판의 노출 영역에만 형성된 시드층 및
상기 시드층의 외면으로부터 성장된 질화물 반도체층
을 포함하고,
상기 복수의 산란 패턴은,
상기 복수의 나노입자가 혼합된 고분자 수지(polymer resin)가 형성된 상기 기판에 대한 상기 리소그래피 공정 및 상기 열처리 공정을 통해 상기 고분자 수지가 제거되어 형성된 패턴이고,
상기 복수의 산란 패턴 각각은,
복수의 나노입자와 상기 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함하고, 0.3μm 내지 3.0μm의 직경(diameter) 및 0.5 내지 2.0의 종횡비(aspect ratio)로 형성되며,
상기 복수의 산란 패턴의 잔여층이 제거되어 상기 복수의 산란 패턴 사이에 형성되는 상기 기판의 노출 영역을 더 포함하되, 상기 노출 영역의 간격은 (0.05 내지 0.5) x (상기 복수의 산란 패턴의 직경)이 되도록 형성되며,
상기 질화물 반도체층은,
상기 노출 영역에 기초한 측면 성장(lateral epitaxial)을 통해 상기 시드층의 외면으로부터 성장된 제1 반도체층과, 상기 제1 반도체층 상에 성장된 활성층 및 상기 활성층 상에 성장된 제2 반도체층을 포함하며,
상기 제1 반도체층은 상기 질화물 반도체층의 n형 반도체층 및 p형 반도체층 중 어느 하나의 반도체층이고, 상기 제2 반도체층은 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층 중 다른 하나의 반도체층인
반사 구조체를 포함하는 발광소자.Board;
a plurality of scattering patterns formed on the substrate through a lithography process and a heat treatment process;
A seed layer formed only in exposed areas of the substrate provided between the plurality of scattering patterns, and
Nitride semiconductor layer grown from the outer surface of the seed layer
Including,
The plurality of scattering patterns are,
A pattern formed by removing the polymer resin through the lithography process and the heat treatment process on the substrate on which the polymer resin mixed with the plurality of nanoparticles is formed,
Each of the plurality of scattering patterns is,
It includes a plurality of nanoparticles and an air gap provided between the plurality of nanoparticles, and is formed with a diameter of 0.3 μm to 3.0 μm and an aspect ratio of 0.5 to 2.0,
It further includes an exposed area of the substrate formed between the plurality of scattering patterns by removing the remaining layer of the plurality of scattering patterns, wherein the interval of the exposed area is (0.05 to 0.5) x (diameter of the plurality of scattering patterns ) is formed to be,
The nitride semiconductor layer is,
A first semiconductor layer grown from the outer surface of the seed layer through lateral epitaxial growth based on the exposed area, an active layer grown on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer grown on the active layer. And
The first semiconductor layer is one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the nitride semiconductor layer, and the second semiconductor layer is the other semiconductor layer among the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. Layerin
A light emitting device including a reflective structure.
상기 고분자 수지를 리소그래피 공정을 통해 성형하는 단계;
상기 고분자 수지가 성형된 기판에 대한 열처리 공정을 통해 상기 고분자 수지가 제거된 복수의 산란 패턴을 형성하는 단계;
상기 복수의 산란 패턴의 잔여층을 제거하여 상기 복수의 산란 패턴 사이에 상기 기판의 노출 영역을 형성하되, 상기 노출 영역의 간격이 (0.05 내지 0.5) x (상기 복수의 산란 패턴의 직경)이 되도록 형성하는 단계;
상기 복수의 산란 패턴 사이에 구비된 상기 기판의 노출 영역에만 시드층을 형성하는 단계 및
상기 시드층의 외면으로부터 질화물 반도체층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 복수의 산란 패턴 각각은,
0.3μm 내지 3.0μm의 직경(diameter) 및 0.5 내지 2.0의 종횡비(aspect ratio)로 형성되며,
상기 질화물 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 노출 영역에 기초한 측면 성장(lateral epitaxial)을 통해 상기 시드층의 외면으로부터 제1 반도체층을 성장시키고, 상기 제1 반도체층 상에 활성층을 성장시키며, 상기 활성층 상에 제2 반도체층을 성장시키고,
상기 제1 반도체층은 상기 질화물 반도체층의 n형 반도체층 및 p형 반도체층 중 어느 하나의 반도체층이고, 상기 제2 반도체층은 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층 중 다른 하나의 반도체층인
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.Forming a polymer resin mixed with a plurality of nanoparticles on a substrate;
Molding the polymer resin through a lithography process;
Forming a plurality of scattering patterns in which the polymer resin is removed through a heat treatment process on a substrate on which the polymer resin is molded;
By removing the remaining layer of the plurality of scattering patterns, an exposed area of the substrate is formed between the plurality of scattering patterns, and the spacing of the exposed areas is (0.05 to 0.5) x (diameter of the plurality of scattering patterns). forming step;
forming a seed layer only in exposed areas of the substrate provided between the plurality of scattering patterns; and
Forming a nitride semiconductor layer from the outer surface of the seed layer
Including,
Each of the plurality of scattering patterns is,
It is formed with a diameter of 0.3 μm to 3.0 μm and an aspect ratio of 0.5 to 2.0,
The step of forming the nitride semiconductor layer is,
Growing a first semiconductor layer from the outer surface of the seed layer through lateral epitaxial growth based on the exposed area, growing an active layer on the first semiconductor layer, and growing a second semiconductor layer on the active layer; ,
The first semiconductor layer is one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the nitride semiconductor layer, and the second semiconductor layer is the other semiconductor layer among the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. Layerin
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
상기 복수의 산란 패턴 각각은,
상기 복수의 나노입자와 상기 복수의 나노입자 사이에 구비된 공극(air gap)을 포함하는
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.According to paragraph 3,
Each of the plurality of scattering patterns is,
Comprising the plurality of nanoparticles and an air gap provided between the plurality of nanoparticles.
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
상기 복수의 나노 입자는,
이산화 타이타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 칼슘(CaO) 중 적어도 하나를 포함하는
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.According to paragraph 3,
The plurality of nanoparticles are,
Containing at least one of titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO).
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
상기 복수의 나노 입자 각각은,
20 nm 내지 500nm의 직경으로 형성되는
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.According to paragraph 3,
Each of the plurality of nanoparticles,
Formed with a diameter of 20 nm to 500 nm
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
상기 고분자 수지는,
PS(polystyrene), PMMA(poly(methyl methacrylate)), PBMA(poly benzyl meta acrylate), PVC(polyvinyl chloride), PVA(polyvinyl alcohol), PC(polycarbonate) 및 PET(polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함하는
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.According to paragraph 3,
The polymer resin is,
Containing at least one of PS (polystyrene), PMMA (poly(methyl methacrylate)), PBMA (poly benzyl meta acrylate), PVC (polyvinyl chloride), PVA (polyvinyl alcohol), PC (polycarbonate), and PET (polyethylene terephthalate)
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
상기 리소그래피 공정은,
포토 리소그래피(photolithogrpahy), 레이저 간섭 리소그래피(laser interference lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography), 나노트랜스퍼 프린팅(nanotransfer printing) 및 롤임프린트 리소그래피(roll imprint lithography) 중 적어도 하나를 포함하는
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.According to paragraph 3,
The lithography process is,
At least photolithography, laser interference lithography, e-beam lithography, nanoimprint lithography, nanotransfer printing, and roll imprint lithography. containing one
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
상기 복수의 산란 패턴을 형성하는 단계는,
상기 고분자 수지가 성형된 기판을 400℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하여 상기 고분자 수지를 제거하는
반사 구조체를 포함하는 발광소자의 제조방법.According to paragraph 3,
The step of forming the plurality of scattering patterns includes:
Heat treating the substrate on which the polymer resin is molded at a temperature of 400°C to 600°C to remove the polymer resin.
Method for manufacturing a light emitting device including a reflective structure.
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