KR20090106948A - A method for manufacturing 2-d phothonic crystal and lumimous elements manufactured by the same using nanosphere - Google Patents

A method for manufacturing 2-d phothonic crystal and lumimous elements manufactured by the same using nanosphere Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a two directional photonic crystal using nano sphere and a light emitting device manufactured by the same are provided to simplify a control variable of a manufacturing process. CONSTITUTION: A nano sphere thin film is stacked on a substrate. A first mask layer(21) and the nano sphere thin film are deposited using ALD(Atomic Layer Deposition) at the same time. A substrate with a nano sphere(20) is exposed to the outside by removing the nano sphere thin film. The substrate exposed to the outside with the nano sphere is etched.

Description

나노스피어를 이용한 2차원 광결정 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광 소자{A METHOD FOR MANUFACTURING 2-D PHOTHONIC CRYSTAL AND LUMIMOUS ELEMENTS MANUFACTURED BY THE SAME USING NANOSPHERE}A method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal using nanospheres and a light emitting device manufactured by the same {A METHOD FOR MANUFACTURING 2-D PHOTHONIC CRYSTAL AND LUMIMOUS ELEMENTS MANUFACTURED BY THE SAME USING NANOSPHERE}

본 발명은 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적 적용이 용이하고 제조공정의 조절변수를 단순화시킬 수 있는 2차원 광결정 제조 공정에 관한 것이다. The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal manufacturing method using nanospheres, and more particularly to a two-dimensional photonic crystal manufacturing process that can be easily applied to a large area and simplify the control parameters of the manufacturing process.

1990년도 중반에 접어들면서 질화물 반도체 InGaN를 이용한 녹색 및 청색 LED의 조명 효율 (luminous efficiency)이 백열 전구 수준을 능가하게 되어 총천연색 디스플레이를 포함하여 광범위한 분야로의 LED의 응용이 본격화되었으며, 특히 1996년 InGaN 청색 LED에 형광 물질을 도포시켜서 구현한 고휘도 백색 LED의 등장은 반도체 조명의 시대를 열게 하였다. 마찬가지로 1990년대 이후에 유기물 반도체를 이용하여 디스플레이에 적용하는 OLED 디스플레이 소자가 총 천연색 디스플레이이의 차세대 주자로 액정 디스플레이의 화질을 능가하게 되어서 OLED의 디스플레이 응용이 2004년에 이르러서 본격화되었고, 2006년 능동형 트랜지스터를 이용한 OLED가 휴대전화기용 디스플레이로 사용되며 새로운 디스플레이 시장을 열게 하였다. In the mid-1990s, the luminous efficiency of green and blue LEDs using nitride semiconductor InGaN exceeded that of incandescent bulbs, which led to the application of LEDs in a wide range of fields, including full-color displays, especially in 1996. The emergence of high-brightness white LEDs made by applying fluorescent materials to blue LEDs has opened the era of semiconductor lighting. Likewise, since the 1990s, OLED display devices applied to displays using organic semiconductors have surpassed the image quality of liquid crystal displays as the next-generation players of total color displays, and OLED display applications have begun in 2004, and active transistors have been introduced in 2006. The OLED used is used as a display for mobile phones and opened a new display market.

또한 최근까지 알려진 바에 의하면 박막 형광체는 파우더형 형광체에 비해 여러가지 다양한 장점에도 불구하고 실제로 사용되고 있지 못하고 있다. 당해 기술 분야의 숙련인이라면 익히 알 수 있는 바대로, 박막 형광체는 열적으로 안정하고, 물리적 및 화학적으로 균일하고, 기판에로의 접착성이 강하고, 가스 발생이 최소화되며, 비표면적이 적다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 다양한 장점에도 불구하고 파우더형 형광체에 비해 효율이 낮기 때문에 최근까지 실제 디스플레이나 LED디바이스에는 잘 활용되지 못하고 있었다. 박막 형광체의 효율 향상을 시키는 다양한 기술의 개발을 통해서 최근에 이르러서야 파우더형 형광체를 대신하여 박막 형광체를 사용할 수 있다는 것이 제안되었다. In addition, recently known thin film phosphors have not been actually used in spite of various advantages over powder-type phosphors. As will be appreciated by those skilled in the art, thin film phosphors are thermally stable, physically and chemically uniform, have strong adhesion to the substrate, minimize gas evolution, and have a low specific surface area. There is this. However, in spite of these various advantages, the efficiency is lower than that of powder-type phosphors, so it has not been used well in actual displays or LED devices until recently. Recently, it has been proposed that thin film phosphors can be used in place of powder-type phosphors through the development of various techniques for improving the efficiency of thin film phosphors.

LED, OLED, 박막 전계발광디스플레이(Thin film electroluminescent display, TFEL), 박막 형광체를 포함하는 디스플레이/조명은 모두 박막구조의 발광재료를 포함하고 있다. 도 1은 종래의 전형적인 LED 소자의 단면도이다. 도 2는 종래의 전형적인 OLED 소자의 단면도이다. Display / lighting including LEDs, OLEDs, thin film electroluminescent displays (TFELs), and thin film phosphors all contain light emitting materials having a thin film structure. 1 is a cross-sectional view of a typical LED device of the prior art. 2 is a cross-sectional view of a typical OLED device of the prior art.

도 3은 박막 형광체에서 발생한 빛의 방출 경로를 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 대부분의 유기, 무기 박막 발광 재료는 광학적 굴절률(refractive index) 값이 높기 때문에 박막 발광 재료 내부에서 발생한 빛의 대부분이 전반사(total internal reflection) 효과 또는 광 도파로 효과 (light piping effect)에 의해서 박막 발광재료 내부에 갇혀서 밖으로 빠져 나오지 못하게 된다. 따라서 박막 발광 재료의 경우 여러 가지 특성은 우수하나 실제적으로 활용하는 빛의 양은 아주 제한적이게 된다. 이러한 제한적인 빛으로 인해 LED, OLED, TFEL과 박막 형광체를 사용 하는 소자 모두 효율이 제한적이 된다. 도 3에 도시한 바대로, 상당한 양의 빛이 형광 면과 공기의 계면으로부터 전반사 되어서 박막 형광체 내에 가두어지거나 결점 영역에서 사라지게 된다. 이를 정량적으로 설명하기 위하여, 고전 광학의 원리를 박막 발광 소재에서 소자의 전면으로 방출되는 빛의 양을 계산하는 데에 적용할 수 있다. 빛의 방출 효율은 굴절률에 비례하는 고전광학의 계산법을 사용하여 계산할 수 있다. 하기 수학식 1은 고전 광학 법칙에 의해서 익히 알려진 식으로서 박막 형광체로부터 빠져 나오는 빛을 Lambertian 형태의 빛으로 가정할 경우 성립되는 식이다. 하기 수학식 1에서 기판 방향으로 방출되는 빛은 반사되지 않는다고 가정한다.3 illustrates a light emission path generated in the thin film phosphor. Referring to FIG. 3, since most organic and inorganic thin film light emitting materials have a high optical refractive index value, most of the light generated inside the thin film light emitting material is total internal reflection effect or light waveguide effect. ) Is trapped inside the thin film light emitting material and can not escape out. Therefore, the thin film light emitting material is excellent in various properties, but the amount of light actually used is very limited. This limited light makes LEDs, OLEDs, TFELs, and devices using thin-film phosphors limited in efficiency. As shown in Fig. 3, a considerable amount of light is totally reflected from the interface between the fluorescent surface and the air to be confined in the thin film phosphor or disappear in the defect region. To explain this quantitatively, the principle of classical optics can be applied to calculate the amount of light emitted from the thin film emitting material to the front of the device. The emission efficiency of light can be calculated using classical optical calculations proportional to the refractive index. Equation 1 is a formula well known by the classical optical law, which is established when a light emitted from a thin film phosphor is assumed to be Lambertian type light. In Equation 1, it is assumed that light emitted toward the substrate is not reflected.

Figure 112008025100145-PAT00001
Figure 112008025100145-PAT00001

(상기 식 중, η외광은 외광효율이고, n발광소재는 발광소재의 굴절률임) (Wherein η external light is external light efficiency and n light emitting material is refractive index of light emitting material)

상기 수학식 1에 의하면 외광 효율은 박막 발광소재의 굴절률에 의존하며, 굴절률 값이 커지면 발광 효율은 크게 감소하게 된다. 대부분의 박막 발광 소재는 유리의 굴절률 값인 1.5 이상의 값을 갖게 된다. 이중 대표적인 황화물계 발광소재인 ZnS의 경우 굴절률 값이 2.4이고, LED 소재인 질화물인 GaN계는 2.1이고 산화물 계인 Y2O3의 경우 1.8이고 OLED 발광 소재인 유기 반도체 화합물은 1.5 내지 1.7이다. 따라서 박막 발광소재의 경우 전면으로 방출되는 빛의 양은 물질에 따라서 4 내지 25% 정도의 수준이므로 나머지 대부분의 박막에 갇히거나 박막 내에서 사라지 게 된다.According to Equation 1, the external light efficiency depends on the refractive index of the thin film light emitting material, and as the refractive index value increases, the light emission efficiency greatly decreases. Most thin film light emitting materials have a value of 1.5 or more, which is a refractive index value of glass. Among the representative sulfide-based light emitting materials, ZnS has a refractive index value of 2.4, a nitride of GaN, which is an LED material, is 2.1, 1.8 is used for Y 2 O 3 , which is an oxide, and an organic semiconductor compound, which is an OLED light emitting material, is 1.5 to 1.7. Therefore, since the amount of light emitted to the front surface of the thin film light emitting material is about 4 to 25% depending on the material, it is trapped in most of the remaining thin film or disappears in the thin film.

이와 같은 고전 광학적 이유에 의해서 LED, OLED, 박막 형광체의 광 방출 효율이 크게 떨어지게 되고, 이로 인하여 LED, OLED, 박막 형광체 등이 여러 가지 우수한 특성에도 불구하고 실제 소자로의 응용성이 제한받는 이유가 된다.Due to the classical optical reasons, the light emission efficiency of LEDs, OLEDs, and thin film phosphors is greatly reduced, which is why LEDs, OLEDs, thin film phosphors, etc. are limited in their applicability to real devices despite various excellent characteristics. do.

이러한 문제를 해결하기 위하여 지금까지 알려진 바에 의하면 박막 발광 재료의 막질에는 여타의 영향을 주지 않으면서 광학적으로 박막 내에 갇힌 빛을 추출하는 방법으로서 2차원 광결정(photonic crystal)과 같은 나노 구조를 갖는 2차원 나노 구조를 박막 발광 소재에 결합하는 복합 구조체를 제조하여 이를 LED, OLED, TFEL, 박막 형광체 소자의 전면방향으로 부착하거나 삽입함으로써 효율을 높인 LED, OLED, TFEL, 박막 형광체 구조체를 제조할 수 있다. 이는 2차원 광결정 나노 구조를 사용하여 박막 발광 소재의 문제점을 해결하므로 LED, OLED, TFEL, 박막 형광체를 사용할 소자의 효율을 크게 향상될 수 있다는 사실이 제안되었다. In order to solve this problem, it is known that a method of optically extracting light trapped in a thin film without affecting the film quality of the thin film light emitting material has a two-dimensional nanostructure such as a two-dimensional photonic crystal (photonic crystal) It is possible to manufacture LEDs, OLEDs, TFELs, and thin film phosphor structures having high efficiency by manufacturing composite structures that combine nanostructures with thin film light emitting materials and attaching or inserting them in the front direction of LEDs, OLEDs, TFELs, and thin film phosphor devices. Since this solves the problem of the thin film light emitting material using the two-dimensional photonic crystal nanostructure it has been proposed that the efficiency of the device using the LED, OLED, TFEL, thin film phosphor can be greatly improved.

도 4는 2차원 광결정이 삽입된 LED 소자의 단면도이다. 도 5는 2차원 광결정이 삽입된 OLED 소자의 단면도이다. 이러한 2차원 광결정 구조가 삽입된 구조체를 만들기 위하여 기존에 사용되는 전형적인 2차원 광결정 제작 공정은 레이저 홀로그램 리소그라피이다. 4 is a cross-sectional view of an LED device in which a two-dimensional photonic crystal is inserted. 5 is a cross-sectional view of an OLED device in which a two-dimensional photonic crystal is inserted. A typical two-dimensional photonic crystal fabrication process that has been conventionally used to make a structure into which the two-dimensional photonic crystal structure is inserted is laser holographic lithography.

도 6은 레이저 홀로그램 리소그라피 공정에 의한 이차원 광결정 나노 구조의 제조 순서도이다. 도 6을 참조하면, 2차원 광결정 나노 구조의 제조 공정은 기판을 준비하는 단계; 유전체를 상기 기판상에 코팅하는 단계; 상기 유전체 크롬 박막 증착 단계; 상기 크롬 박막상에 포토레지스트(PR) 코팅 단계; 레이저 홀로그램을 이 용한 노광법에 의한 2차원 광결정 나노 구조 PR 제작 단계; 상기 크롬 마스크 건식 식각 단계; 상기 유전체의 건식 식각 단계; 상기 크롬 마스크 제거 단계를 포함한다.6 is a manufacturing flowchart of a two-dimensional photonic crystal nanostructure by a laser holographic lithography process. Referring to FIG. 6, the manufacturing process of the two-dimensional photonic crystal nanostructure includes preparing a substrate; Coating a dielectric onto the substrate; Depositing the dielectric chromium thin film; Photoresist (PR) coating on the chromium thin film; A two-dimensional photonic crystal nanostructure PR fabrication step by exposure method using a laser hologram; The chrome mask dry etching step; Dry etching the dielectric; Removing the chrome mask.

이를 보다 자세히 설명하면, 광결정이 위치해야 할 소자기판 위에 SiO2 또는 SiNx층을 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법으로 증착하고, 마스크로 사용할 크롬 박막을 열증착(Thermal evaporation)방법으로 증착하는데 증착 두께는 약 20 내지 100nm 사이이다. 이후 상기 크롬 박막 위에 포토레지스트를 스핀 코팅법 등에 의해서 코팅한다. 포토레지스트를 레이저 간섭 노광 방법으로 90도 회전하면서 2회 노광시키면 이차원 나노 구조의 패턴이 만들어지고, 이 패턴을 용매로 현상하여 포토레지스트의 불필요한 부분을 제거하고 크롬을 건식 식각하여 크롬 마스크를 제작한다. 이후 크롬을 마스크로 사용하여 건식 식각법으로 유전체/소자 기판의 2차원 광결정 나노 구조체를 제작한다. In more detail, a SiO 2 or SiN x layer is deposited on a device substrate on which a photonic crystal is to be deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and a chromium thin film to be used as a mask is deposited by thermal evaporation. The deposition thickness is between about 20 and 100 nm. Thereafter, the photoresist is coated on the chromium thin film by spin coating or the like. When the photoresist is exposed twice by rotating 90 degrees by a laser interference exposure method, a pattern of two-dimensional nanostructures is formed, and the pattern is developed with a solvent to remove unnecessary portions of the photoresist and dry etched to form a chrome mask. . After that, chromium is used as a mask to fabricate two-dimensional photonic crystal nanostructures of the dielectric / element substrate by dry etching.

이 방법은 2차원 광결정 나노 구조를 만들 때 나노구조의 높이, 주기, 사이즈 등의 구조변수에 대한 변화폭이 제한적이고 대면적화하는데 고가의 노광 장치가 필요한 점이 큰 문제가 되어 왔는데, 이러한 레이저 홀로그램 리소그라피의 문제를 해결하고자 하기 설명되는 나노스피어를 이용한 리소그라피 공정이 등장하였다.This method has been a problem that when the two-dimensional photonic crystal nanostructures are made, the change width of the structural variables such as the height, period, and size of the nanostructures is limited, and an expensive exposure apparatus is required to make a large area. Lithography processes using nanospheres described below have emerged to address the problem.

도 7은 나노스피어 리소그라피 공정에 의한 2차원 광결정 나노 구조의 제조 순서도이다. 도 7을 참조하면, 2차원 광결정 나노 구조의 제조 공정은 기판을 준비하는 단계; 유전체를 상기 기판상에 코팅하는 단계; 상기 유전체상에 폴리스티렌 또는 SiO2 나노스피어 단층막을 코팅하는 단계; 상기 나노스피어 단층막 및 유전체상에 크롬 박막을 코팅하는 단계; 노출되는 유전체상의 크롬 마스크를 건식 식각하는 단계; 상기 유전체의 건식 식각 단계; 상기 크롬 마스크 제거 단계를 포함한다.7 is a manufacturing flowchart of the two-dimensional photonic crystal nanostructure by the nanosphere lithography process. Referring to FIG. 7, the manufacturing process of the two-dimensional photonic crystal nanostructure includes preparing a substrate; Coating a dielectric onto the substrate; Coating a polystyrene or SiO 2 nanosphere monolayer on the dielectric; Coating a chromium thin film on the nanosphere monolayer and the dielectric; Dry etching the chrome mask on the exposed dielectric; Dry etching the dielectric; Removing the chrome mask.

이를 보다 자세히 설명하면, 광결정이 위치해야 할 소자기판 위에 SiO2 또는 SiNx층을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)방법으로 증착하고, 폴리스티렌 또는 SiO2 나노스피어 단층막을 자기조립 방법으로 코팅하여 유전체 광결정 제작을 위한 제 1차 마스크로 사용한다. 이후 마스크로 사용할 크롬 박막을 열증착 (Thermal evaporation)방법으로 증착한다.In more detail, a dielectric photonic crystal is formed by depositing a SiO 2 or SiN x layer on a device substrate on which a photonic crystal is to be deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and coating a polystyrene or SiO 2 nanosphere monolayer film by a self-assembly method. Used as primary mask for fabrication. After that, a chromium thin film to be used as a mask is deposited by thermal evaporation.

상기 방법은 2차원 광결정 나노 구조를 만들 때 나노구조의 높이, 주기, 사이즈 등의 구조변수에 대한 변화폭이 레이저 홀로그램 리소그라피법에 비교하여 우수하지만 나노스피어가 단일층이 아닌 다중층의 형태로 기판상에 패턴 형성되는 경우 후속 공정에서 패턴의 변형을 초래하고, 노출되는 유전층이 달라지므로 구조물의 비틀림에 의한 정렬의 부정합이 발생하는 문제가 있으므로, 나노스피어를 단일층으로 패턴 형성하는 것은 매우 중요한 기술적 요소이다. This method is superior to laser holographic lithography in terms of structural parameters such as height, period, and size of nanostructures when making two-dimensional photonic crystal nanostructures, but nanospheres are not formed in a single layer but in multiple layers. If the pattern is formed on the substrate, it causes deformation of the pattern in the subsequent process and there is a problem that misalignment occurs due to the torsion of the structure because the exposed dielectric layer is different, so patterning the nanospheres into a single layer is a very important technical factor. to be.

특히 나노스피어 단층막을 만드는 것이 쉽지 않기 때문에 대면적화하기 어려운 단점이 있다. 즉, 나노스피어를 마스크로 사용하기 위해서는 단층막을 만들어야 하고 이러한 단층막을 만들기 위해서 사용되는 자기조립 공정은 나노스피어의 표면 특성뿐만 아니라 다층막이 되지 않도록 하기 위한 공정적 제약이 따른다. 나노스피어를 기판상에 단일층으로 패턴 형성하기 위한 종래기술은 나노스피어가 분산된 용 액을 도포한 후 회전시켜 코팅하는 스핀 코팅법이나, 딥 코팅(dip coating)에 의한 적층방법인 Langmuir-Blodgett법이 사용되고 있다. In particular, it is difficult to make a large area because it is not easy to make nanosphere monolayer film. In other words, in order to use nanospheres as a mask, a single layer film should be made, and the self-assembly process used to make such a single layer film has not only the surface properties of the nanospheres but also a process constraint for preventing the multilayer film. Conventional techniques for patterning nanospheres as a single layer on a substrate include spin coating, which is applied by spin coating after the nanospheres are dispersed, or Langmuir-Blodgett, which is a lamination method by dip coating. The law is being used.

하지만, 스핀코팅법은 물리적으로 기판을 회전시키므로, 기판 등에 물리적인 데미지를 줄 수 있고, 적층되는 나노층의 모폴로지가 균일하지 않을 수 있으며, 또한 상기 스핀코팅법은 단순히 원심력에 의하여 적층되는 나노스피어층을 평탄화시키므로 미세 단위의 나노스피어가 단일층이 아닌 다중층의 형태로 패턴 형성되는 문제가 있다.However, since the spin coating method physically rotates the substrate, physical damage to the substrate may be performed, and the morphology of the stacked nanolayers may not be uniform. In addition, the spin coating method may simply stack the nanospheres by centrifugal force. Since the layer is planarized, there is a problem in that the nanospheres of the fine units are patterned in the form of multiple layers instead of a single layer.

또한, 친수성 부분과 소수성 부분을 가진 유기분자가 물에 배열되는 상태를 이용한 Langmuir-Blodgett법 역시 넓은 표면적 상에 균일한 나노스피어 단일층을 형성하기에는 한계가 있다. In addition, the Langmuir-Blodgett method using a state in which organic molecules having a hydrophilic part and a hydrophobic part are arranged in water also has a limitation in forming a uniform nanosphere monolayer on a large surface area.

이와 같이 현재까지 알려진 종래 기술은 나노스피어를 단일층으로 만족스러운 수준까지 패턴 형성할 수 없다는 문제가 있다. 위와 같이 2차원 광결정 구조가 박막형 발광소재를 사용하는 모든 발광소자에 유용하지만 지금까지 알려진 2차원 광결정 제조 공정은 대면적화하고 쉽게 구조를 조절하는데 어려움이 있어서 박막 발광소재를 포함하는 소자에 2차원 광결정을 이용한 효율 향상법이 잘 활용되지 못하고 있다. As described above, the related art has a problem in that the nanospheres cannot be patterned to a satisfactory level in a single layer. As mentioned above, although the two-dimensional photonic crystal structure is useful for all light emitting devices using the thin film type light emitting material, the two-dimensional photonic crystal manufacturing process known to date has a large area and difficulty in easily adjusting the structure. The efficiency improvement method using is not well utilized.

따라서, 본 발명의 첫 번째 과제는 대면적화가 용이해져 매우 경제적인 2차원 광결정의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, the first object of the present invention is to provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal which is very economical and large in area.

또한 본 발명의 두 번째 과제는 상기의 2차원 광결정의 제조 방법으로 제조된 2차원 광결정을 포함하는 발광 소자를 제공하는 데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a light emitting device comprising a two-dimensional photonic crystal produced by the above-described method for producing a two-dimensional photonic crystal.

상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판상에 나노스피어 박막을 적층하는 단계; 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 상기 나노스피어 박막과 기판상에 제 1마스크층을 동시에 증착하는 단계; 상기 나노스피어 박막을 제거하여 나노스피어 형상의 기판을 외부로 노출시키는 단계; 및 상기 나노스피어 형상으로 외부로 노출된 기판을 식각시키는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조방법을 제공한다. In order to solve the first problem, the present invention comprises the steps of laminating a nanosphere thin film on a substrate; Simultaneously depositing a first mask layer on the nanosphere thin film and the substrate using atomic layer deposition (ALD); Removing the nanosphere thin film to expose a nanosphere-shaped substrate to the outside; And it provides a method for producing a two-dimensional photonic crystal comprising the step of etching the substrate exposed to the outside in the nanosphere shape.

또한 본 발명의 제조 방법은 상기 기판상에 나노스피어 박막을 적층시킨 후, 상기 나노스피어 박막의 나노스피어 입경을 조절하는 단계를 더 포함하는 2차원 광결정의 제조방법을 제공한다.In addition, the manufacturing method of the present invention provides a method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal further comprising the step of stacking the nanosphere thin film on the substrate, the nanosphere particle size of the nanosphere thin film.

또한 상기 기판은 기저기판; 상기 기저기판상에 적층된 형광층; 상기 형광층상에 적층된 광결정층 및 상기 광결정층상에 적층된 제 2마스크층을 포함하는 2차원 광결정의 제조방법을 제공할 있고, 상기 식각공정은 상기 제 2마스크층 및 상기 광결정층을 식각하여, 상기 광결정층이 적층된 형광층을 선택적으로 노출시키는 것 을 포함하는 2차원 광결정의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the substrate is a base substrate; A fluorescent layer laminated on the base substrate; Provided is a method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal comprising a photonic crystal layer laminated on the fluorescent layer and a second mask layer laminated on the photonic crystal layer, the etching process by etching the second mask layer and the photonic crystal layer, It is possible to provide a method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal comprising selectively exposing the fluorescent layer in which the photonic crystal layer is laminated.

또한 상기 형광층의 적층은 상기 형광층을 이루는 형광체를 졸 상태로 상기 기저기판 상에 도포시키는 단계; 및 상기 도포된 졸 상태의 형광체를 스핀 코팅하는 단계를 포함하는 공정에 의하여 수행되는 2차원 광결정의 제조방법을 제공할 수 있고, 상기 광결정층의 적층은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법으로 증착되는 것을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the stacking of the fluorescent layer is a step of applying a fluorescent material constituting the fluorescent layer on the base substrate in a sol state; And it may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal which is performed by a process comprising the step of spin coating the applied sol phosphor, wherein the deposition of the photonic crystal layer is deposited by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method A method for producing a two-dimensional photonic crystal can be provided.

또한 기저 기판은 유리, 사파이어, 및 석영 기판으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 형광층은 유기 또는 무기 형광체를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the base substrate may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal comprising one selected from the group consisting of glass, sapphire, and quartz substrate, wherein the fluorescent layer is prepared of a two-dimensional photonic crystal comprising an organic or inorganic phosphor It may provide a method.

또한 상기 형광층은 Y2O3:Eu을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 광결정층은 SiO2 또는 SiNx를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the fluorescent layer may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal including Y 2 O 3 : Eu, the photonic crystal layer may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal containing SiO 2 or SiN x .

또한 상기 제 2마스크층은 크롬을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 나노스피어 박막은 폴리스티렌 또는 SiO2을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the second mask layer may provide a method of manufacturing a two-dimensional photonic crystal including chromium, and the nanosphere thin film may provide a method of manufacturing a two-dimensional photonic crystal including polystyrene or SiO 2 .

또한 상기 나노스피어 박막에 사용되는 나노스피어 입경은 150 내지 2000nm인 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 나노스피어의 입경 조절 단계는 상기 나노스피어 박막 적층 후 O2 애싱하는 단계를 포함하는 공정에 의하여 수 행되는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the nanosphere particle size used in the nanosphere thin film may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal of 150 to 2000nm, the particle size adjusting step of the nanospheres after the nanosphere thin film laminated O 2 It is possible to provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal that is performed by a process comprising the step of ashing.

또한 상기 원자층 증착에 의한 제 1마스크층은 0.5 내지 20nm인 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 원자층 증착에 의한 제 1 마스크층은 금속 또는 산화물을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the first mask layer by the atomic layer deposition may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal is 0.5 to 20nm, the first mask layer by the atomic layer deposition to produce a two-dimensional photonic crystal containing a metal or oxide It may provide a method.

또한 상기 나노스피어 박막의 제거 단계는 상기 나노스피어 박막을 클로로포름 용액 속에서 초음파 처리하여 제거하는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 제 2마스크층을 식각하는 단계는 상기 제 2마스크층을 건식 식각하는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다. In addition, the removing of the nanosphere thin film may provide a method for producing a two-dimensional photonic crystal comprising the step of removing the nanosphere thin film in a chloroform solution by ultrasonication, the step of etching the second mask layer is It is possible to provide a method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal comprising the step of dry etching the second mask layer.

또한 상기 제 2마스크 하층의 광결정층을 식각하는 단계는 상기 광결정층을 건식 식각하는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the etching of the photonic crystal layer under the second mask may provide a method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal comprising the step of dry etching the photonic crystal layer.

또한 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 2차원 광결정을 포함하는 발광 소자를 제공한다.In addition, to solve the second problem, the present invention provides a light emitting device comprising a two-dimensional photonic crystal produced by the above-described method.

본원 발명은 나노스피어 리소그라피와 원자층 증착 기술을 결합하여 제조하는 것을 제공하므로 반드시 단일층의 나노스피어를 적층할 필요가 없고 따라서 종래의 나노스피어 단일막을 사용하는 공정보다 대면적 적용이 용이하고 제조공정의 조절변수를 단순화시킬 수 있다. 또한 본원 발명은 나노스피어의 크기 조절이 용이한 2차원 광결정 구조형성이 가능하여 나노구조의 높이, 주기, 사이즈 등의 구조변수에 대한 조절 능력이 크고 대면적화가 용이하여 2차원 광결정 구조를 쉽게 제조할 수 있다. 더 나아가 본 발명에 의한 2차원 광결정 구조를 코팅한 박막 형광체의 발광효율이 종래의 일반적인 박막 형광체에 비해 6배 정도 증가되므로 본 발명에 의해 제조된 2차원 광결정이 박막 형광체에 사용할 소자의 효율을 크게 향상시킨다.Since the present invention provides a combination of nanosphere lithography and atomic layer deposition technology, it is not necessary to stack a single layer of nanospheres, thus making it easier to apply a larger area than a process using a conventional nanosphere single layer. It can simplify the adjustment of In addition, the present invention enables the formation of a two-dimensional photonic crystal structure that can easily control the size of the nanosphere, and has a large ability to control structural variables such as the height, period, and size of the nanostructure, and easy to manufacture a two-dimensional photonic crystal structure. can do. Furthermore, since the luminous efficiency of the thin film phosphor coated with the two-dimensional photonic crystal structure according to the present invention is increased by about six times compared with the conventional thin film phosphor, the two-dimensional photonic crystal produced by the present invention greatly increases the efficiency of the device to be used for the thin film phosphor. Improve.

이하 도면 및 실시예 등을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하지만, 하기의 도면 및 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 본 발명이 제한되거나 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples. However, the following drawings and examples are only intended to illustrate the invention, the invention is not limited or limited thereto.

상술한 바와 같이 본 발명은 광효율을 크게 향상시킨 2차원 광결정 패턴을 얻기 위해 상술한 나노스피어 리소그라피에 의한 2차원 광결정 나노 구조 제조 공정에서 제 1마스크층의 제조를 위해 하기의 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하는 공정을 적용하고 있는데 이를 도 8을 통해 자세히 설명한다. As described above, the present invention provides the following atomic layer deposition (Atomic Layer) for the preparation of the first mask layer in the two-dimensional photonic crystal nanostructure manufacturing process by the nanosphere lithography described above in order to obtain a two-dimensional photonic crystal pattern with greatly improved light efficiency A process using Deposition (ALD) is applied, which will be described in detail with reference to FIG. 8.

도 8은 원자층 증착법의 공형 성장(Conformal growth)원리에 의하여 제 1마스크층이 나노스피어 표면과 나노스피어와 접하지 않는 기판 표면에 동시에 코팅된 모습을 보여주는 개략도이다. 도 8을 참조하면, 나노스피어(20)가 증착된 기판의 최상층상(22)에 원자층 증착을 통하여 제 1마스크층(21)을 코팅한다. FIG. 8 is a schematic view showing that a first mask layer is simultaneously coated on a surface of a nanosphere and a substrate not in contact with the nanosphere by the principle of conformal growth of atomic layer deposition. Referring to FIG. 8, the first mask layer 21 is coated on the top layer 22 of the substrate on which the nanospheres 20 are deposited by atomic layer deposition.

일반적인 화학 증착 방법으로는 막 형성에 필요한 원료들을 동시에 공급하기 때문에 원하는 조성과 물성을 지닌 막을 형성하기가 어려운 경우가 있고 막 형성에 쓰이는 여러 가지 반응 원료들이 기체 상태에서 심하게 반응하는 경우에는 기체 상태에서 입자가 발생하여 오염의 원인이 될 수 있는 문제가 있다. As a general chemical vapor deposition method, it is difficult to form a film having a desired composition and physical properties because the raw materials required for film formation are simultaneously supplied. In the case of various reaction raw materials used for forming a film in a gaseous state, it may be difficult to form a film. There is a problem that particles can be generated and cause contamination.

상기 원자층 증착법은 표면 조절 공정(surface controlled process)으로서 원자층을 형성하는 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 챔버에 공급하는데, 원자들이 서로 밀어내는 성질을 이용하여 기판표면에 상기 반응물질의 표면 포화 반응(saturated surface reaction)에 의한 화학적 흡착을 일으킨다. 이때 막을 형성하는 원자층이 표면 물질을 둘러싸고 수직과 수평방향으로 일정하게 성장하므로 반응 원료들이 표면에서만 반응하는 특성을 나타내게 된다. 따라서 나노스피어가 기판과 접촉하는 면은 원자층막이 형성되지 못하고 그 외의 면에서만 원자층막이 형성되어 결국 기판과 접촉하는 나노스피어의 배열 모양의 제 1마스크층이 형성되는 것이다. 즉, 공형 성장(Conformal growth)에 의하여 제 1마스크층이 증착되므로 나노스피어가 다층 구조라 하더라도 나노스피어가 기판과 접촉하는 배열의 패턴을 가지는 제 1마스크층이 증착되는 것이다. 따라서 원자층 증착층을 마스크로 사용하는 신규의 2차원 광결정 제조 공정은 종래의 기술과는 달리 나노스피어가 단층막일 필요가 없을 뿐만 아니라 단층 또는 다층막들이 섞여 있어도 원자층 증착 마스크를 제조하는데 큰 문제가 없으며 나노박막의 층간 구조와 상관없이 일정한 패턴의 나노구조 광결정체를 얻을 수 있게 된다.The atomic layer deposition method is a surface controlled process that separates each of the reactants forming the atomic layer and supplies them to the chamber in a pulse form. Chemical adsorption by a saturated surface reaction of. At this time, since the atomic layer forming the film grows uniformly in the vertical and horizontal directions surrounding the surface material, the reaction raw materials exhibit the property of reacting only on the surface. Therefore, the surface where the nanospheres are in contact with the substrate is not formed in the atomic layer film, only the other surface is formed in the atomic layer film is formed to form a first mask layer of the array shape of nanospheres in contact with the substrate. That is, since the first mask layer is deposited by conformal growth, even if the nanospheres have a multilayer structure, the first mask layer having a pattern in which the nanospheres are in contact with the substrate is deposited. Therefore, the novel two-dimensional photonic crystal manufacturing process using the atomic layer deposition layer as a mask does not need to be a single layer film, as opposed to the conventional technology, and there is a big problem in manufacturing an atomic layer deposition mask even if a single layer or a multilayer film is mixed. In addition, regardless of the interlayer structure of the nano-film, it is possible to obtain a nanostructure photonic crystal of a certain pattern.

본 발명인 나노스피어 공정에 원자층 증착을 적용하는 2차원 광결정 제조 공정은 기판상에 나노스피어 박막을 적층하는 단계; 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 상기 나노스피어 박막과 기판상에 제 1 마스크층을 동시에 증착하는 단계; 상기 나노스피어 박막을 제거하여 나노스피어 형상의 기판을 외부로 노출시키는 단계; 및 상기 나노스피어 형상으로 외부로 노출된 기판을 식각시키는 단계를 포함한다. 여기에서 나노스피어 박막이 적층되는 상기 기판은 기저기판; 상기 기저기판상에 적층된 형광층; 상기 형광층상에 적층된 광결정층 및 상기 광결정층상에 적층된 제 2마스크층을 포함한다. The two-dimensional photonic crystal manufacturing process applying atomic layer deposition to the nanosphere process of the present invention comprises the steps of laminating a nanosphere thin film on a substrate; Simultaneously depositing a first mask layer on the nanosphere thin film and the substrate using atomic layer deposition (ALD); Removing the nanosphere thin film to expose a nanosphere-shaped substrate to the outside; And etching the substrate exposed to the outside in the nanosphere shape. Here, the substrate on which the nanosphere thin film is laminated is a base substrate; A fluorescent layer laminated on the base substrate; It includes a photonic crystal layer laminated on the fluorescent layer and a second mask layer laminated on the photonic crystal layer.

이하 도면을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상기의 2차원 광결정 제조공정에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the two-dimensional photonic crystal manufacturing process according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 9는 원자층 증착을 이용하여 제 1마스크층을 형성하기 이전의 나노스피어까지 적층되어 있는 상기 기판의 모습이다. 상기 기판은 기저 기판(25)상에 디스플레이에 사용되는 형광물질인 형광체(24)가 적층되어 있다. 상기 형광체상에는 형광체의 조명 효율을 높이기 위해 사용되는 광결정체(23)가 적층되어 있다. 상기의 광결정체상에는 상기 광결정체에 2차원 나노구조를 제공하는 제 2마스크층(22)이 적층되어 있다. 상기 제 2마스크층상에는 나노스피어(20)박막이 적층되어 있는데 이는 하층의 광결정체의 실제 2차원 나노 구조를 결정하기 위한 나노스피어이다. 9 is a view of the substrate stacked up to the nanospheres before forming the first mask layer using atomic layer deposition. On the substrate 25, a phosphor 24, which is a phosphor used for display, is stacked. On the phosphor, a photonic crystal 23 used to increase the illumination efficiency of the phosphor is stacked. On the photonic crystal, a second mask layer 22 for providing a two-dimensional nanostructure to the photonic crystal is stacked. The nanospheres 20 thin film is stacked on the second mask layer, which is a nanosphere for determining the actual two-dimensional nanostructure of the lower photonic crystal.

도 10은 나노스피어 박막과 원자층 증착막 마스크를 사용한 신규한 나노스피어 리소그라피 공정에 의한 2차원 광결정 제조 순서도이다. FIG. 10 is a flowchart of a two-dimensional photonic crystal manufacturing by a novel nanosphere lithography process using a nanosphere thin film and an atomic layer deposited film mask.

본 발명인 2차원 광결정 제조 공정은, 도 10과 같이 (a)에서 (f)단계를 포함한다. (a)단계는 상기 기판상에 나노스피어 박막을 적층하는 단계로서, 상술한 바와 같이 기저 기판(25), 형광층(24), 광결정층(23), 그리고 제 2마스크층(22)으로 이루어진 상기 기판에 2차원 나노 구조를 결정하는 나노스피어를 적층하는 단계이다. (b)단계는 원자층 증착을 이용하여 상기 나노스피어 박막과 기판상에 제 1 마스크층(21)을 동시에 증착하는 단계로서 반응 원료들이 표면에서만 반응하며 하나 의 원료 공급 주기에서 막이 자라는 두께가 시간에 관계없이 상기 나노스피어 박막과 상기 기판의 최상층인 제 2마스크층상에 제 1마스크층(21)이 거의 일정하게 동시에 증착된다. (c)단계는 상기 나노스피어 박막을 제거하여 나노스피어 형상의 기판을 외부로 노출시키는 단계로서 상술한 바와 같이 원자층 증착법에 의하여 매우 우수한 단차 피복성(step coverage)을 갖는 흡착이 항상 표면 운동 영역(surface controlled process)에서 이루어진 상태이므로 나노스피어 박막을 제거할 경우, 제 2마스크층상에 적층된 나노스피어 박막이 단층 또는 다층인지를 불문하고, 나노스피어 박막이 제 2마스크층에 접하는 부분을 제외한 나머지 제 2마스크층상의 원자층 증착막(제 1마스크층)만이 남게 된다. 그러므로 원자층 증착에 의한 증착층은 나노스피어 박막이 단층이던 다층이던 상관 없이 나노홀 구조로 패터닝될 수 있다. (d) 내지 (f)단계는 상기 나노스피어 형상으로 외부로 노출된 기판을 식각시키는 단계로서 이에 대하여는 하기에서 상세히 설명하기로 한다. The two-dimensional photonic crystal manufacturing process of the present invention includes steps (a) to (f) as shown in FIG. Step (a) is a step of depositing a nanosphere thin film on the substrate, as described above consisting of the base substrate 25, the fluorescent layer 24, the photonic crystal layer 23, and the second mask layer 22 A step of stacking nanospheres to determine the two-dimensional nanostructure on the substrate. Step (b) is a step of simultaneously depositing the first mask layer 21 on the nanosphere thin film and the substrate using atomic layer deposition. The reaction materials react only on the surface and the thickness of the film growing in one raw material supply cycle is time. Regardless, the first mask layer 21 is almost simultaneously deposited on the nanosphere thin film and the second mask layer, which is the uppermost layer of the substrate. Step (c) is a step of removing the nanosphere thin film to expose the nanosphere-shaped substrate to the outside. As described above, adsorption having a very excellent step coverage by the atomic layer deposition method is always a surface motion region. When the nanosphere thin film is removed because it is in a surface controlled process, regardless of whether the nanosphere thin film laminated on the second mask layer is a single layer or a multilayer, except that the nanosphere thin film is in contact with the second mask layer. Only the atomic layer deposition film (first mask layer) on the second mask layer remains. Therefore, the deposited layer by atomic layer deposition may be patterned into a nanohole structure regardless of whether the nanosphere thin film is a single layer or a multilayer. Steps (d) to (f) etch the substrate exposed to the outside in the nanosphere shape, which will be described in detail below.

상기 나노스피어 형상으로 외부로 노출된 기판을 식각시키는 단계에 있어서 상기 식각공정은 상기 제 2마스크층 및 상기 광결정층을 식각하여, 상기 광결정층으로 적층된 형광층을 선택적으로 노출시키는 것을 특징으로 한다. 도 10의 (d)를 참조하여 설명하면, 광효율을 크게 향상시킨 2차원 광결정으로 적층된 형광층을 얻기 위해서는 상기 나노스피어 박막을 제거한 후에 생성된 제 1마스크층의 패턴에 따라서 제 2마스크층을 먼저 식각하게 된다. 이어서 도 10의 (e)와 같이, 제 2마스크층 하층의 형광층도 제 2마스크층과 같은 패턴이 유지되도록 식각을 한다. 이어서 도 10의 (f)와 같이, 상기 제 1마스크층을 벗겨 내면 제 2마스크층이 드러나고, 마지막으로 제 2마스크층을 제거하여, 상기 2차원 나노홀(nanohole) 광결정층으로 적층되어 홀(hole)에서 형광층이 노출되는 것이다.The etching may include etching the second mask layer and the photonic crystal layer to selectively expose the fluorescent layer stacked with the photonic crystal layer. . Referring to FIG. 10 (d), in order to obtain a fluorescent layer laminated with a two-dimensional photonic crystal with a greatly improved light efficiency, the second mask layer is formed according to the pattern of the first mask layer formed after removing the nanosphere thin film. Etch first. Subsequently, as shown in FIG. 10E, the fluorescent layer under the second mask layer is etched to maintain the same pattern as the second mask layer. Subsequently, as shown in FIG. 10F, when the first mask layer is peeled off, the second mask layer is exposed, and finally, the second mask layer is removed to be laminated with the two-dimensional nanohole photonic crystal layer to form a hole ( The fluorescent layer is exposed from the hole.

본 발명은 상기 기판상에 나노스피어 박막을 적층시킨 후, 상기 나노스피어 박막의 나노스피어 입경을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있는 2차원 광결정 제조방법을 제공하는데 나노스피어 입경을 조절하는 단계는 나노스피어 박막이 제 2마스크층에 적층된 후에 제 1마스크층이 적층되기 이전에 포함될 수 있고 이는 나노스피어 입경의 조절을 용이하게 하여 2차원 광결정 구조형성에 있어서 나노구조의 높이, 주기, 크기 등의 구조변수에 대한 조절 능력을 크게 한다. 일 실시예로 상기 나노스피어의 입경 조절 단계는 상기 나노스피어 박막 적층 후 O2 애싱에 의하여 수행될 수 있는데 이는 애싱 시간 조절이 용이하고 나노스피어 크기 조절이 용이하기 때문으로 이로써 광결정 구조의 패터닝을 용이하게 할 수 있다. 다만 본 방법에 의해 제한되는 것은 아니다. The present invention provides a method for manufacturing a two-dimensional photonic crystal which may further include the step of laminating the nanosphere thin film on the substrate, and adjusting the nanosphere particle diameter of the nanosphere thin film in the step of adjusting the nanosphere particle diameter It may be included after the spear thin film is laminated on the second mask layer and before the first mask layer is laminated, which facilitates the adjustment of the nanosphere particle diameter, such as the height, period, size, etc. of the nanostructure in forming the two-dimensional photonic crystal structure. Increase the ability to control structural variables. In one embodiment, the particle size adjusting step of the nanospheres is O 2 after the nanosphere thin film is laminated. This can be done by ashing, because it is easy to adjust the ashing time and the nanosphere size can be easily adjusted, thereby facilitating the patterning of the photonic crystal structure. However, it is not limited by this method.

상기 형광층의 적층은 상기 형광층을 이루는 형광체를 졸 상태로 상기 기저기판 상에 도포시키는 단계; 및 상기 도포된 졸 상태의 형광체를 스핀 코팅하는 단계로 수행되며 상기 광결정층의 적층은 금속이나 고분자의 표면 처리에 있어서, 공정의 미세화, 저온화에 적합한 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법으로 증착된다.The stacking of the fluorescent layer is a step of applying a fluorescent material constituting the fluorescent layer on the base substrate in a sol state; And spin coating the coated sol phosphor and depositing the photonic crystal layer is deposited by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method suitable for miniaturization and lowering of a process in the surface treatment of a metal or a polymer. do.

상기의 기저 기판은 발광 다이오드(LED)를 제조하는 데 사용하는 기초 웨이퍼로 LED의 원천 소재로 적합한 유리, 사파이어, 또는 석영기판을 사용한다. 사파 이어 기판은 방위의 정도가 높고, 정밀한 폴리싱으로 흠이나 자국이 없으므로 LED용 질화물이나 화합물 반도체의 증착 기판으로 사용되기 때문에 원자층 증착을 이용한 2차원 광결정 나노구조 패턴 형성에 적합하다. 상기 형광층은 유기 또는 무기 형광체를 포함할 수 있는데 이는 상술한 제조방법에 의하여 제조된 2차원 광결정이 상기 유기 또는 무기 형광체상에 증착되었을 때 종래의 방식으로 제조된 2차원 광결정체를 일반 형광체에 증착시켰을 때보다 6배 정도까지 향상된 발광효율을 나타내기 때문이다. 또한 상기 형광층은 음극선 발광 형광체로 많이 쓰이기도 하는 Y2O3:Eu를 포함할 수 있는데 이는 열적으로 안정하고, 물리화학적으로 균일하고, 기판에로의 접착성이 강하고, 가스 발생이 최소화되어 본 발명인 2차원 광결정 나노 구조에 적합하게 사용될 수 있는 물질이다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The base substrate is a base wafer used to manufacture a light emitting diode (LED) and uses a glass, sapphire, or quartz substrate suitable as a source material of the LED. Since the Sapphire substrate has a high degree of orientation and no scratches or marks due to precise polishing, it is suitable for forming two-dimensional photonic crystal nanostructure patterns using atomic layer deposition because it is used as a deposition substrate for nitrides or compound semiconductors for LEDs. The phosphor layer may include an organic or inorganic phosphor, which is a two-dimensional photonic crystal prepared in a conventional manner when the two-dimensional photonic crystal prepared by the above-described manufacturing method is deposited on the organic or inorganic phosphor to the general phosphor This is because the luminous efficiency is improved by about six times than when deposited. In addition, the phosphor layer may include Y 2 O 3 : Eu, which is often used as a cathode ray emitting phosphor, which is thermally stable, physicochemically uniform, has high adhesion to a substrate, and minimizes gas generation. It is a material that can be suitably used for the two-dimensional photonic crystal nanostructure of the present invention. However, it is not necessarily limited thereto.

상기 광결정층은 SiO2 또는 SiNx층을 적용하였는데 기존의 OLED와 비교할 때 응시 각도 90° ± 40° 범위에서 적출 효율이 50% 정도 증가될 만큼 광효율 증가의 우수성을 보이는 물질이다. 상기 제 2마스크층은 내구성과 불투명성이 우수하여 원자층 증착을 이용하기에 적합한 크롬으로 하여 2차원 광결정을 제조할 수 있다. 제 2마스크층이 크롬 박막인 경우에는 열증착 (Thermal evaporation)방법으로 증착한다. The photonic crystal layer has a SiO 2 or SiN x layer, and compared with conventional OLEDs, the extraction efficiency is increased by about 50% in the gaze angle of 90 ° ± 40 °, and thus shows excellent light efficiency. The second mask layer has excellent durability and opacity, so that the two-dimensional photonic crystal may be manufactured using chromium suitable for using atomic layer deposition. When the second mask layer is a chromium thin film, the second mask layer is deposited by thermal evaporation.

상기 나노스피어 박막은 폴리스티렌 또는 SiO2인 것을 특징으로 하는데 2차원 광결정의 구조 조절이 쉽고 2차원 광결정 구조를 다양한 박막 발광체가 포함된 발 광소자에의 응용이 원활하며 침강법, 스핀 코팅법, 프린팅법 등 기존에 알려진 나노스피어 박막 코팅법을 모두 사용할 수 있기 때문이다. 상기 나노스피어 박막에 사용되는 나노스피어 입경은 150 내지 2000nm으로 하여 2차원 광결정을 제조할 수 있는데 나노스피어 입경이 150nm 미만이거나 2000nm 초과하면 박막형광체에 적층되어 충분한 광효율을 줄 수 없기 때문이다. The nanosphere thin film is characterized in that the polystyrene or SiO 2 It is easy to control the structure of the two-dimensional photonic crystal, the two-dimensional photonic crystal structure is smoothly applied to the light emitting device containing a variety of thin film emitters, sedimentation method, spin coating method, printing This is because the conventionally known nanosphere thin film coating method can be used. The nanosphere particle size used in the nanosphere thin film may be 150-2000 nm to manufacture a two-dimensional photonic crystal, because if the nanosphere particle size is less than 150nm or more than 2000nm is laminated to the thin film phosphor to give sufficient light efficiency.

상기 원자층 증착에 의한 제 1 마스크층은 금속 또는 산화물을 포함할 수 있다. 원자층 증착을 이용하는 경우 나노스피어와 제 2마스크층과의 증착도가 우수한 금속 또는 산화물을 사용한다. 상기 원자층 증착에 의한 제 1 마스크층은 0.5 내지 20nm인 것을 특징으로 한다. 이때 원자층의 두께가 0.5nm 미만으로 얇으면 마스크 역할을 할 수 없고 너무 두꺼워지면 나노스피어층과 그 바닥에 동시에 코팅되어서 나노스피어를 제거할 때 원자층 박막이 같이 벗겨져 나올 수 있기 때문이다. The first mask layer by atomic layer deposition may include a metal or an oxide. In the case of using atomic layer deposition, a metal or an oxide having excellent deposition degree between the nanospheres and the second mask layer is used. The first mask layer by atomic layer deposition is characterized in that 0.5 to 20nm. In this case, if the thickness of the atomic layer is less than 0.5 nm, it cannot act as a mask, and if the thickness becomes too thick, the nanosphere layer and the bottom thereof may be simultaneously coated to remove the atomic layer thin film when the nanosphere is removed.

상기 나노스피어 박막의 제거 단계는 상기 나노스피어 박막을 클로로포름 용액 속에서 초음파 처리하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 나노스피어 박막의 제거를 위해 초음파를 사용하고 용매로 클로로포름을 사용하는 경우에 광결정과 형광체에 화학적 변화를 주지 않아 원하는 광결정과 형광체를 안정적으로 얻을 수 있기 때문이다. The removing of the nanosphere thin film may include removing the nanosphere thin film by ultrasonication in a chloroform solution. This is because when the ultrasonic sphere is used to remove the nanosphere thin film and chloroform is used as the solvent, the desired photonic crystal and the phosphor can be stably obtained by not chemically changing the photonic crystal and the phosphor.

상기 제 2마스크층을 식각하는 단계는 상기 제 2마스크층을 건식 식각으로 하고 상기 제 2마스크 하층의 광결정층을 식각하는 단계는 상기 광결정층을 건식 식각으로 하고 상기 제 2마스크를 제거하는 단계는 Cl2 가스로 애싱으로 하여 진행 될 수 있다. 제 2마스크층을 식각할 때 O2/Cl2 가스를 이용하여 건식 식각을 할 때와 상기 광결정층을 CF4 가스로 건식 식각을 하면 식각 시간을 단축할 수 있고 비용면에서 유리하다. 식각 후에 제 2마스크를 제거하는 할 때 Cl2 가스로 애싱하면 제 2마스크 하층의 광결정층과 형광층에 물리적 손상이 없고, 화학적 변화를 유발시키지 않는다. Etching the second mask layer may include dry etching the second mask layer, and etching the photonic crystal layer under the second mask may be performed by dry etching the photonic crystal layer and removing the second mask. It can proceed by ashing with Cl 2 gas. When etching the second mask layer by dry etching using O 2 / Cl 2 gas and dry etching the photonic crystal layer with CF 4 gas, the etching time can be shortened and cost is advantageous. When the second mask is removed after etching, ashing with Cl 2 gas causes no physical damage to the photonic crystal layer and the fluorescent layer under the second mask, and does not cause chemical change.

또한 본 발명은 2차원 광결정을 포함하는 박막 디스플레이에 있어서, 상기 2차원 결정은 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 상기 나노스피어 박막과 기판상에 마스크층을 증착하는 단계; 나노스피어 형상의 기판을 외부로 노출시키는 단계를 포함하는 공정에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 디스플레이를 제공할 수 있는데 본 발명으로 제조된 2차원 광결정을 포함하는 디스플레이의 광효율이 종래의 방식으로 제조된 2차원 광결정을 포함하는 디스플레이에 비해 실험적으로 6배까지 차이가 나기 때문이다. 이는 아래 실험예 1에서 보다 상세히 설명한다.In another aspect, the present invention provides a thin film display including a two-dimensional photonic crystal, wherein the two-dimensional crystal is a step of depositing a mask layer on the nanosphere thin film and the substrate using atomic layer deposition (ALD); It is possible to provide a thin film display, which is manufactured by a process comprising the step of exposing a nanosphere-shaped substrate to the outside. The light efficiency of a display including a two-dimensional photonic crystal manufactured according to the present invention is manufactured in a conventional manner. This is because the experimental difference is six times higher than the display including the two-dimensional photonic crystal. This will be described in more detail in Experimental Example 1 below.

실시예1Example 1

실시예Example 1-1 1-1

기판제조Substrate Manufacturing

졸-젤법 및 후속하는 스핀 코팅법에 의하여 사파이어 기판에 Y2O3:Eu 박막을 제조하였다. 95% Y(NO3)3 와 5% Eu(NO3)3를 2-메톡시헥산올(2-methoxyethanol)에 용해시킨 후 시트르산(citric acid)을 첨가한 후 졸을 만들어서 스핀 코팅 방법으로 사파이어 기판에 코팅하였다. 코팅 후 100℃에서 5분 건조하고 600℃에서 5분간 열분해 시켜서 불필요한 탄소화합물을 제거하고 UV/오존을 조사하여 두 번째 졸을 코팅하였다. 상기 코팅과정을 반복함으로써 박막 형광체의 두께를 조절하였고 본 실시예에서는 5층의 박막 형광체를 코팅하였고 코팅된 박막을 1000℃ 시간 소성, Y2O3:Eu 박막 형광체를 결정화하여 제조하였다. 이어서 Y2O3:Eu 박막 형광체상에 2차원 SiNx 광결정 나노구조를 제조하였다. Y2O3:Eu 박막 형광체가 코팅된 사파이어기판에 2차원 광결정으로 사용할 SiNx 박막을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)방법을 통해 약 200nm로 증착하여 제조하였다. 그 위에 마스크로 사용할 크롬을 50nm의 두께로 열 증착 하였다.A Y 2 O 3 : Eu thin film was prepared on a sapphire substrate by a sol-gel method and subsequent spin coating. 95% Y (NO 3 ) 3 and 5% Eu (NO 3 ) 3 are dissolved in 2-methoxyhexanol, citric acid is added, and a sol is formed to spin sapphire by spin coating. The substrate was coated. After coating was dried for 5 minutes at 100 ℃ and pyrolyzed at 600 ℃ for 5 minutes to remove unnecessary carbon compounds and UV / ozone irradiation to coat a second sol. The thickness of the thin film phosphor was controlled by repeating the coating process. In this embodiment, five thin film phosphors were coated, and the coated thin film was prepared by calcination of 1000 ° C. time and Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor. Subsequently, a two-dimensional SiNx photonic crystal nanostructure was prepared on a Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor. A SiN x thin film to be used as a two-dimensional photonic crystal on a Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor-coated sapphire substrate was prepared by depositing at about 200 nm by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. On it, chromium to be used as a mask was thermally deposited to a thickness of 50 nm.

실시예Example 1-2 1-2

나노스피어Nanospheres 증착 deposition

실시예 1-1로부터 제조된 크롬 마스크상에 폴리스티렌 나노스피어 박막을 1 내지 5층 정도 스핀 코팅하여 2차원 나노 구조의 패턴을 제조하였다. The polystyrene nanosphere thin film was spin-coated about 1 to 5 layers on the chromium mask prepared in Example 1-1 to prepare a pattern of two-dimensional nanostructure.

실시예1Example 1 -3-3

OO 22 애싱Ashing

O2 가스로 폴리스티렌 나노스피어를 10분간 애싱(ashing)하여 폴리스티렌 나노스피어 크기를 줄였다. The polystyrene nanospheres were ashed with O 2 gas for 10 minutes to reduce the polystyrene nanosphere size.

실시예1Example 1 -4-4

마스크층Mask layer 증착 deposition

이어서, 원자층 증착법에 의해서 트리메틸알루미늄(Trimethyl Aluminum)과 물을 전구체로 사용하여 Al2O3를 1 내지 10nm 증착한다. 그 후 폴리스티렌 나노스피어 박막을 클로로포름 용액 속에서 초음파 처리하여 제거함으로써 나노홀 부위를 제외하고는 Al2O3로 적층되어 있는 크롬 마스크층을 얻는다. 상기 Al2O3 패턴을 사용하여 상기 크롬 마스크층을 건식식각(O2/Cl2 가스)하여 불필요한 부분을 제거함으로써 주기가 580nm인 2차원 나노구조의 크롬 마스크를 형성하였다. 다음으로 다시 건식식각을 통하여 SiNx박막을 CF4 가스로 식각하고 상부의 크롬 마스크를 제거함으로써(Cl2 가스로 애싱하여) 박막 형광체기판 상부에 주기가 580nm이고, 높이가 약 200nm이며, 지름이 350nm인 2차원 나노홀 광결정 구조체를 형성하였다. 도 11(a)는 실시예 1에 의해 제조된 Y2O3:Eu 박막 형광체 위에 주기가 580nm이고, 높이가 200nm이며, 지름이 350nm (면적비 0.53)인 2차원 광결정 나노구조를 코팅한 박막 형광체의 전자 현미경(SEM) 평면 사진이다. Subsequently, 1 to 10 nm of Al 2 O 3 is deposited using trimethyl aluminum and water as precursors by atomic layer deposition. Thereafter, the polystyrene nanosphere thin film is removed by sonication in a chloroform solution to obtain a chromium mask layer laminated with Al 2 O 3 except for the nanohole region. The chromium mask layer was dry-etched (O 2 / Cl 2 gas) to remove unnecessary portions by using the Al 2 O 3 pattern to form a chromium mask having a two-dimensional nanostructure having a period of 580 nm. Next, through etching again, the SiN x thin film was etched with CF 4 gas and the upper chromium mask was removed (ashing with Cl 2 gas) to give a period of 580 nm, a height of about 200 nm, and a diameter on the thin film phosphor substrate. A 350 nm two-dimensional nanohole photonic crystal structure was formed. 11 (a) shows a thin film phosphor coated with a two-dimensional photonic crystal nanostructure having a period of 580 nm, a height of 200 nm, and a diameter of 350 nm (area ratio of 0.53) on the Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor prepared in Example 1 Electron microscope (SEM) plane photo.

실시예Example 2 2

실시예 1-3의 O2 가스로 상기 폴리스티렌 나노스피어를 애싱하는 시간을 20분으로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 2차원 광결정 구조체를 제조하였다.A two-dimensional photonic crystal structure was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the time for ashing the polystyrene nanospheres with O 2 gas of Examples 1-3 was 20 minutes.

도 11(b)는 실시예 2의 방법으로 제조된 Y2O3:Eu 박막 형광체 위에 주기가 580nm이고, 높이가 200nm이며, 지름이 250nm (면적비 0.35)인 2차원 광결정 나노구조를 코팅한 박막 형광체의 전자 현미경(SEM) 평면 사진이다. 도 11(b)를 참조하면, O2 가스로 폴리스티렌 나노스피어를 20분간 애싱하였을 때 2차원 나노홀의 크기가 도 11(a)와 비교하여 감소하였음을 확인할 수 있었다. 11 (b) is a thin film coated with a two-dimensional photonic crystal nanostructure having a period of 580 nm, a height of 200 nm, and a diameter of 250 nm (area ratio 0.35) on the Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor prepared by the method of Example 2 An electron microscope (SEM) planar photo of the phosphor. Referring to FIG. 11 (b), when the polystyrene nanospheres were ashed with O 2 gas for 20 minutes, the size of the two-dimensional nano holes was reduced compared to FIG. 11 (a).

실시예Example 3 3

실시예 1-3의 O2 가스로 상기 폴리스티렌 나노스피어를 애싱하는 시간을 30분으로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 2차원 광결정 구조체를 제조하였다.A two-dimensional photonic crystal structure was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the time for ashing the polystyrene nanospheres was 30 minutes with the O 2 gas of Examples 1-3.

도 11(c)는 실시예 3의 방법으로 제조된 Y2O3:Eu 박막 형광체 위에 주기가 580nm이고, 높이가 200nm이며, 지름이 150nm (면적비 0.18)인 2차원 광결정 나노구 조를 코팅한 박막 형광체의 전자 현미경(SEM) 평면 사진이다. 도 11(c)를 참조하면, O2 가스로 폴리스티렌 나노스피어를 30분간 애싱하였을 때 2차원 나노홀의 크기가 도 11(b)와 비교하여 감소하였음을 확인할 수 있었다. FIG. 11 (c) shows a two-dimensional photonic crystal nanostructure having a period of 580 nm, a height of 200 nm, and a diameter of 150 nm (area ratio 0.18) on the Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor prepared by the method of Example 3. An electron microscope (SEM) planar photograph of a thin film phosphor. Referring to FIG. 11 (c), when the polystyrene nanospheres were ashed with O 2 gas for 30 minutes, the size of the two-dimensional nano holes was reduced compared to FIG. 11 (b).

따라서 O2 가스로 폴리스티렌 나노스피어를 애싱하는 시간에 따라 나노홀의 크기가 변하는바 애싱하는 시간을 조절하여 원하는 크기의 나노홀을 제조할 수 있었다.Therefore, the size of the nanoholes is changed according to the time of ashing the polystyrene nanospheres with O 2 gas, thereby controlling the ashing time to prepare nanoholes having a desired size.

실험예Experimental Example 1 One

박막 형광체의 발광 스펙트럼의 발광효율 비교Comparison of Luminous Efficiency of Emission Spectrum of Thin Film Phosphors

도 12는 종래의 Y2O3:Eu 박막 형광체와 Y2O3:Eu 박막 형광체위에 2차원 광결정 구조를 코팅한 박막 형광체의 발광 스펙트럼의 발광효율을 면적비(면적비 = 공기면적/유전체면적)변수로 상대 비교한 그래프이다. 상기 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 형광체 박막을 구비하는 기판에 대하여 자외선 (254nm)을 여기광원으로 사용하여 발광스펙트럼을 측정하였으며, 상기 발광스펙트럼의 면적을 실시예 1-1을 기준으로 상대적으로 측정하여 발광효율을 테스트하였으며, 그 값을 실시예 1-1의 발광량을 1.0으로 하여 상대적으로 측정하였다. 도 12를 참조하면, 면적비가 0.1 내지 0.7인 경우에 본 발명에 의한 2차원 광결정 구조를 코팅한 박막 형광체의 발광효율이 종래의 일반적인 박막 형광체에 비해 최소 3배 이상이며 최대 6배까지 나타냄을 보였다. 따라서 본 발명에 따라 제조된 2차원 광결정이 박막 형광체에 사용 할 소자의 효율을 크게 향상시킴을 확인할 수 있었다. 12 shows the luminous efficiency of the emission spectrum of the conventional Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor and the Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor coated with a two-dimensional photonic crystal structure, in area ratio (area ratio = air area / dielectric area). Relative comparison graph. The emission spectrum was measured using ultraviolet (254 nm) as an excitation light source for the substrate having the phosphor thin films prepared in Examples 1 to 3, and the area of the emission spectrum was relatively determined based on Example 1-1. The luminous efficiency was measured and measured, and the value was measured relative to the luminous amount of Example 1-1 as 1.0. Referring to FIG. 12, when the area ratio is 0.1 to 0.7, the luminous efficiency of the thin film phosphor coated with the two-dimensional photonic crystal structure according to the present invention is at least three times higher and up to six times higher than that of the conventional thin film phosphor. . Therefore, it was confirmed that the two-dimensional photonic crystal prepared according to the present invention greatly improved the efficiency of the device to be used in the thin film phosphor.

도 1은 종래 전형적인 LED 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional LED device.

도 2는 종래 전형적인 OLED 소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a conventional OLED device.

도 3은 종래 박막 형광체가 코팅된 구조체 및 이 형광체에서 발생하는 발광 빛의 방출 경로를 도시하는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a structure coated with a conventional thin film phosphor and an emission path of emitted light generated in the phosphor.

도 4는 종래 LED에 2차원 광결정 나노구조가 삽입된 구조체의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a structure in which a two-dimensional photonic crystal nanostructure is inserted into a conventional LED.

도 5는 종래 OLED에 2차원 광결정 나노구조가 삽입된 구조체의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a structure in which a two-dimensional photonic crystal nanostructure is inserted into a conventional OLED.

도 6은 종래의 레이저 홀로그램 리소그라피 공정에 의한 2차원 광결정 나노 구조의 제조 순서도이다.6 is a manufacturing flowchart of a two-dimensional photonic crystal nanostructure by a conventional laser holographic lithography process.

도 7은 나노스피어 리소그라피 공정에 의한 2차원 광결정 나노 구조의 제조 순서도 이다.7 is a manufacturing flowchart of the two-dimensional photonic crystal nanostructure by the nanosphere lithography process.

도 8은 원자층 증착법의 공형 성장(Conformal growth)원리에 의하여 제 1마스크층이 나노스피어 표면과 나노스피어와 접하지 않는 기판 표면에 동시에 코팅된 모습을 보여주는 개략도이다.FIG. 8 is a schematic view showing that a first mask layer is simultaneously coated on a surface of a nanosphere and a substrate not in contact with the nanosphere by the principle of conformal growth of atomic layer deposition.

도 9는 원자층 증착을 이용하여 제 1마스크층을 형성하기 이전의 나노스피어까지 적층되어 있는 상기 기판의 모습이다.9 is a view of the substrate stacked up to the nanospheres before forming the first mask layer using atomic layer deposition.

도 10는 나노스피어 박막과 원자층 증착막 마스크를 사용한 신규한 나노스피어 리소그라피 공정에 의한 2차원 광결정 나노 구조의 제조 순서도이다.FIG. 10 is a manufacturing flowchart of a two-dimensional photonic crystal nanostructure by a novel nanosphere lithography process using a nanosphere thin film and an atomic layer deposited film mask.

도 11(a)는 Y2O3:Eu 박막 형광체 위에 주기가 580nm이고, 높이가 200nm이며, 지름이 350nm (면적비 0.53)인 2차원 광결정 나노구조를 코팅한 박막 형광체의 전자 현미경(SEM) 평면 사진이다. 11 (a) shows an electron microscope (SEM) plane of a thin film phosphor coated with a two-dimensional photonic crystal nanostructure having a period of 580 nm, a height of 200 nm, and a diameter of 350 nm (area ratio of 0.53) on a Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor. It is a photograph.

도 11(b)는 Y2O3:Eu 박막 형광체 위에 주기가 580nm이고, 높이가 200nm이며, 지름이 250nm (면적비 0.35)인 2차원 광결정 나노구조를 코팅한 박막 형광체의 전자 현미경(SEM) 평면 사진이다.11 (b) shows an electron microscope (SEM) plane of a thin film phosphor coated with a two-dimensional photonic crystal nanostructure having a period of 580 nm, a height of 200 nm, and a diameter of 250 nm (area ratio of 0.35) on a Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor. It is a photograph.

도 11(c)는 Y2O3:Eu 박막 형광체 위에 주기가 580nm이고, 높이가 200nm이며, 지름이 150nm (면적비 0.18)인 2차원 광결정 나노구조를 코팅한 박막 형광체의 전자 현미경(SEM) 평면 사진이다.11 (c) shows an electron microscope (SEM) plane of a thin film phosphor coated with a two-dimensional photonic crystal nanostructure having a period of 580 nm, a height of 200 nm, and a diameter of 150 nm (area ratio of 0.18) on a Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor. It is a photograph.

도 12는 종래의 Y2O3:Eu 박막 형광체와 Y2O3:Eu 박막 형광체위에 2차원 광결정 구조를 코팅한 박막 형광체의 발광 스펙트럼의 발광효율을 면적비 (면적비 = 공기면적/유전체면적) 변수로 상대 비교한 그래프이다.12 shows the luminous efficiency of the emission spectrum of the conventional Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor and the Y 2 O 3 : Eu thin film phosphor coated with a two-dimensional photonic crystal structure, area ratio (area ratio = air area / dielectric area). Relative comparison graph.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1... 전극 2... 무기 반도체 발광 층 1 electrode 2 inorganic semiconductor light emitting layer

3... 기판 4... ITO 투명전극3 ... Substrate 4 ... ITO Transparent Electrode

5...유기 반도체 발광층 6... Al 전극5 ... organic semiconductor light emitting layer 6 ... Al electrode

7... 박막 형광체 8... 방출 모드 7 ... Thin Film Phosphor 8 ... Emission Mode

9... 기판 모드 10... 박막 형광체 모드 9 ... substrate mode 10 ... thin film phosphor mode

11... 2차원 광결정 박막층 12... 투명 유전체층 11 ... 2D photonic crystal thin film layer 12 ... transparent dielectric layer

13... 크롬 박막 14... 포토레지스트 박막13 ... chrome thin film 14 ... photoresist thin film

15... 노광된 포토레지스트 박막15 ... Exposed Photoresist Thin Film

16... 2차원 나노구조의 포토레지스트박막 16 ... 2D nanostructured photoresist thin film

17... 2차원 나노 구조의 크롬 박막 17 ... 2D nanostructured chromium thin film

18... 투명 유전체 2차원 광결정 나노구조 18. Transparent dielectric two-dimensional photonic crystal nanostructure

19... 나노스피어 단층막 20... 나노스피어 단층막 또는 다층막 19 ... nanosphere monolayer 20 ... nanosphere monolayer or multilayer

21... 제 1마스크층 증착 박막 22... 제 2마스크층21 ... first mask layer deposited thin film 22 ... second mask layer

23... 광결정층 24... 형광층23 ... photonic crystal layer 24 ... fluorescent layer

25... 기저 기판25 ... Base Board

Claims (20)

기판상에 나노스피어 박막을 적층하는 단계; Depositing a nanosphere thin film on a substrate; 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 상기 나노스피어 박막과 기판상에 제 1마스크층을 동시에 증착하는 단계;Simultaneously depositing a first mask layer on the nanosphere thin film and the substrate using atomic layer deposition (ALD); 상기 나노스피어 박막을 제거하여 나노스피어 형상의 기판을 외부로 노출시키는 단계; 및 Removing the nanosphere thin film to expose a nanosphere-shaped substrate to the outside; And 상기 나노스피어 형상으로 외부로 노출된 기판을 식각시키는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조방법.And etching the substrate exposed to the outside in the nanosphere shape. 제 1항에 있어서, 상기 기판상에 나노스피어 박막을 적층시킨 후, 상기 나노스피어 박막의 나노스피어 입경을 조절하는 단계를 더 포함하는 2차원 광결정의 제조방법.The method of claim 1, further comprising adjusting a nanosphere particle size of the nanosphere thin film after laminating the nanosphere thin film on the substrate. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 기저기판; 상기 기저기판상에 적층된 형광층; 상기 형광층상에 적층된 광결정층 및 상기 광결정층상에 적층된 제 2마스크층을 포함하는 2차원 광결정의 제조방법.The substrate of claim 1, wherein the substrate comprises: a base substrate; A fluorescent layer laminated on the base substrate; And a second mask layer stacked on the photonic crystal layer. 제 3항에 있어서, 상기 식각공정은 상기 제 2마스크층 및 상기 광결정층을 식각하여, 상기 광결정층이 적층된 형광층을 선택적으로 노출시키는 것을 포함하는 2차원 광결정의 제조방법.The method of claim 3, wherein the etching comprises etching the second mask layer and the photonic crystal layer to selectively expose a fluorescent layer in which the photonic crystal layer is stacked. 제 3항에 있어서, 상기 형광층의 적층은 상기 형광층을 이루는 형광체를 졸 상태로 상기 기저기판 상에 도포시키는 단계; 및 상기 도포된 졸 상태의 형광체를 스핀 코팅하는 단계를 포함하는 공정에 의하여 수행되는 2차원 광결정의 제조방법.The method of claim 3, wherein the stacking of the fluorescent layer comprises: applying a phosphor forming the fluorescent layer on the base substrate in a sol state; And spin coating the phosphor in the sol state. 제 3항에 있어서, 상기 광결정층의 적층은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법으로 증착되는 것을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법. The method of claim 3, wherein the stacking of the photonic crystal layer comprises depositing by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). 제 3항에 있어서, 기저 기판은 유리, 사파이어, 및 석영 기판으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.4. The method of claim 3, wherein the base substrate is any one selected from the group consisting of glass, sapphire, and quartz substrates. 제 3항에 있어서, 상기 형광층은 유기 또는 무기 형광체를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 3, wherein the phosphor layer comprises an organic or inorganic phosphor. 제 8항에 있어서, 상기 형광층은 Y2O3:Eu을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 8, wherein the fluorescent layer comprises Y 2 O 3 : Eu. 제 3항에 있어서, 상기 광결정층은 SiO2 또는 SiNx를 포함하는 2차원 광결정 의 제조 방법.The method of claim 3, wherein the photonic crystal layer comprises SiO 2 or SiN x . 제 3항에 있어서, 상기 제 2마스크층은 크롬을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 3, wherein the second mask layer comprises chromium. 제 1항에 있어서, 상기 나노스피어 박막은 폴리스티렌 또는 SiO2을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the nanosphere thin film comprises polystyrene or SiO 2 . 제 1항에 있어서, 상기 나노스피어 박막에 사용되는 나노스피어 입경은 150 내지 2000nm인 2차원 광결정의 제조 방법.The method of manufacturing a two-dimensional photonic crystal according to claim 1, wherein the nanosphere particle diameter used in the nanosphere thin film is 150 to 2000 nm. 제 2항에 있어서, 상기 나노스피어의 입경 조절 단계는 상기 나노스피어 박막 적층 후 O2 애싱하는 단계를 포함하는 공정에 의하여 수행되는 2차원 광결정의 제조 방법.The particle size adjusting step of the nanospheres according to claim 2, wherein the nanospheres are laminated after the thin film of O 2. A method for producing a two-dimensional photonic crystal which is carried out by a process comprising the step of ashing. 제 1항에 있어서, 상기 원자층 증착에 의한 제 1마스크층은 0.5 내지 20nm인 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first mask layer by atomic layer deposition is 0.5 to 20 nm. 제 1항에 있어서, 상기 원자층 증착에 의한 제 1 마스크층은 금속 또는 산화 물을 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first mask layer by atomic layer deposition includes a metal or an oxide. 제 1항에 있어서, 상기 나노스피어 박막의 제거 단계는 상기 나노스피어 박막을 클로로포름 용액 속에서 초음파 처리하여 제거하는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the removing of the nanosphere thin film comprises ultrasonically removing the nanosphere thin film in a chloroform solution. 제 4항에 있어서, 상기 제 2마스크층을 식각하는 단계는 상기 제 2마스크층을 건식 식각하는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법.The method of claim 4, wherein etching the second mask layer comprises dry etching the second mask layer. 제 4항에 있어서, 상기 제 2마스크 하층의 광결정층을 식각하는 단계는 상기 광결정층을 건식 식각하는 단계를 포함하는 2차원 광결정의 제조 방법. The method of claim 4, wherein etching the photonic crystal layer under the second mask comprises dry etching the photonic crystal layer. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 의해 제조된 2차원 광결정을 포함하는 발광 소자.20. A light emitting device comprising the two-dimensional photonic crystal produced by any one of claims 1 to 19.
KR1020080032369A 2008-04-07 2008-04-07 A method for manufacturing 2-d phothonic crystal and lumimous elements manufactured by the same using nanosphere KR100988888B1 (en)

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