KR20120117354A - 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 발광 다이오드의 광 효율을 향상시킬 수 있는 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 제조 공정을 간단히 하여 제조비용을 절감할 수 있으며 사파이어 기판의 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 제조방법에 있어서, 사파이어 기판 또는 소정의 패턴을 갖는 몰드에 자외선 경화성 수지를 도포하는 단계; 상기 자외선 경화성 수지가 도포된 상태로 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착하여 상기 몰드의 패턴이 전사된 자외선 경화성 수지층을 형성하는 단계; 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 수지층을 경화시키는 단계; 상기 몰드를 박리하여 상기 사파이어 기판상에 상기 몰드의 패턴이 전사된 마스크 층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 층이 제거될 때까지 상기 사파이어 기판을 이온 식각하여 상기 사파이어 기판상에 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 제조방법에 있어서, 사파이어 기판 또는 소정의 패턴을 갖는 몰드에 자외선 경화성 수지를 도포하는 단계; 상기 자외선 경화성 수지가 도포된 상태로 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착하여 상기 몰드의 패턴이 전사된 자외선 경화성 수지층을 형성하는 단계; 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 수지층을 경화시키는 단계; 상기 몰드를 박리하여 상기 사파이어 기판상에 상기 몰드의 패턴이 전사된 마스크 층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 층이 제거될 때까지 상기 사파이어 기판을 이온 식각하여 상기 사파이어 기판상에 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 발광 다이오드의 광 효율을 향상시킬 수 있는 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 제조 공정을 간단히 하여 제조비용을 절감할 수 있으며 사파이어 기판의 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 기존의 형광등, 백열등 등의 조명 장치에 비해 수명이 길고 전력 소모가 적으며 친환경적인 장점이 있어 미래의 조명용 광원으로 주목받고 있으나, 발광 다이오드의 경우 외부 광 방출 효율이 낮다는 문제가 있다.
최근에는 발광 다이오드의 기판으로 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)을 사용하여 광을 난반사 시켜 발광 다이오드의 광 효율을 개선 시키려는 연구가 주목을 받고 있다.
그러나, 현재까지 PSS 제조 과정 즉 사파이어 기판에 소정의 패턴을 형성하는 과정은 통상적으로 반도체 집적회로 제조시 사용되는 포토리소그래피 공정을 통하여 제조되고 있으나, 일반적으로 포토리소그래피 공정은 비용이 많이 드는 공정으로서 그 결과 발광 다이오드의 제조 단가가 비싸지고 경제성이 현저히 떨어지는 문제점이 지적되어 왔다.
이를 해결하기 위한 선행기술로서 나노 임프린트 공정을 사용하여 PSS를 제조하는 것을 특징으로 하는 고효율 발광 다이오드용 사파이어 기판의 제조방법(한국공개특허 제10-2009-0116212호, 이하 '선행기술'이라 한다)이 개시된다.
그러나, 상기 선행기술에 따른 사파이어 기판의 제조방법은 사파이어 기판을 식각하기 전에 잔여 수지층을 제거하는 단계와, 마스크 층을 이용하여 사파이어 기판을 식각하여 패턴을 형성한 후 별도로 마스크 층을 제거하는 단계를 거쳐야 한다는 점에서, 제조공정이 복잡하다는 문제가 있다.
또한, 상기 선행기술에 따른 사파이어 기판의 제조방법은 사파이어 기판에 사다리꼴 패턴만을 형성할 수밖에 없기 때문에 광 효율을 보다 향상시킬 수 있는 패턴을 사파이어 기판에 형성할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나노 임프린트 공정을 사용하면서도 별도로 잔여 수지층과 마스크 층을 제거할 필요가 없어서 제조공정을 간단히 하여 제조비용을 절감할 수 있는 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 발광 다이오드의 광 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 나노 임프린트 공정을 사용하여 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴을 사파이어 기판에 형성할 수 있는 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 제조방법에 있어서, 사파이어 기판 또는 소정의 패턴을 갖는 몰드에 자외선 경화성 수지를 도포하는 단계; 상기 자외선 경화성 수지가 도포된 상태로 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착하여 상기 몰드의 패턴이 전사된 자외선 경화성 수지층을 형성하는 단계; 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 수지층을 경화시키는 단계; 상기 몰드를 박리하여 상기 사파이어 기판상에 상기 몰드의 패턴이 전사된 마스크 층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 층이 제거될 때까지 상기 사파이어 기판을 이온 식각하여 상기 사파이어 기판상에 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴은 원뿔 또는 피라미드 형상의 패턴인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 일실시 예에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법은 상기 마스크 층이 형성된 사파이어 기판에 열을 가하여 상기 마스크 층을 고온 열경화하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 몰드는 전주공정으로 제조된 금속재질의 몰드이며, 상기 자외선 조사는 상기 사파이어 기판 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 의하면, 나노 임프린트 공정을 사용하면서도 별도로 잔여 수지층과 마스크 층을 제거할 필요가 없기 때문에 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)을 제조하기 위한 제조공정을 간단히 할 수 있어서 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 의하면, 사파이어 기판에 상부가 뾰족한 형상을 가지는 대략 원뿔 또는 피라미드 형상의 패턴을 형성할 수 있어서 발광 다이오드의 광 효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 의하면, 나노 임프린트 공정을 사용하여 사파이어 기판에 패턴을 형성함에 있어서 복제가 용이하여 제조비용이 저렴하며 내구성이 있는 금속재질의 몰드를 사용할 수 있어서 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고,
도 2는 자외선 경화성 수지가 도포된 상태에서 사파이어 기판과 몰드를 압착한 상태를 나타내는 도면이고,
도 3은 사파이어 기판과 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 4는 마스크 층이 형성된 사파이어 기판을 나타내는 도면이고,
도 5는 마스크 층이 형성된 사파이어 기판을 식각하는 과정을 나타내는 도면이고,
도 6은 마스크 층이 완전히 제거될 때까지 사파이어 기판을 식각한 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 자외선 경화성 수지가 도포된 상태에서 사파이어 기판과 몰드를 압착한 상태를 나타내는 도면이고,
도 3은 사파이어 기판과 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 4는 마스크 층이 형성된 사파이어 기판을 나타내는 도면이고,
도 5는 마스크 층이 형성된 사파이어 기판을 식각하는 과정을 나타내는 도면이고,
도 6은 마스크 층이 완전히 제거될 때까지 사파이어 기판을 식각한 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
본 발명은 나노 임프린트 공정을 사용하여 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 종래 선행기술(한국공개특허 제10-2009-0116212호)의 제조방법보다 제조공정을 더 간단히 할 수 있으며 나아가 발광 다이오드의 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴을 사파이어 기판에 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 사파이어 기판의 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 2는 자외선 경화성 수지가 도포된 상태에서 사파이어 기판과 몰드를 압착한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 사파이어 기판과 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 마스크 층이 형성된 사파이어 기판을 나타내는 도면이고, 도 5는 마스크 층이 형성된 사파이어 기판을 식각하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 6은 마스크 층이 완전히 제거될 때까지 사파이어 기판을 식각한 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 소정의 패턴(22)이 형성된 몰드(20)를 준비한다(S10).
상기 몰드(20)는 소정의 패턴이 형성된 마스크 층(40)을 사파이어 기판(10)에 형성하기 위한 것으로서 상기 몰드(20)에는 소정의 패턴(22)이 형성되는데, 상기 패턴(22)은 복수개의 볼록부와 오목부를 포함할 수 있다.
이후, 사파이어 기판(10) 또는 몰드(20)에 자외선 경화성 수지를 도포하고(S20), 도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 자외선 경화성 수지가 도포된 상태로 상기 사파이어 기판(10)과 몰드(20)를 압착하여 상기 몰드(20)의 패턴(22)이 전사된 자외선 경화성 수지층(30)을 형성한다(S30).
즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 있어서 자외선 경화성 수지는 상기 사파이어 기판(10) 또는 몰드(20) 중 어느 하나에 도포될 수 있으며, 따라서 종래 선행기술에서와 같이 사파이어 기판(10)에 수지층을 형성하기 위한 별도의 공정을 생략할 수 있다.
상기 자외선 경화성 수지는 점성이 있는 액체 상태의 수지로서 점성으로 인하여 몰드(20) 또는 사파이어 기판(10)에 도포되면 뭉쳐진 상태로 남게 되어 이 상태로 몰드(20)와 사파이어 기판(10)을 압착하면 모세관 현상에 의하여 액체상태의 수지가 자연적으로 퍼져나가게 되어 몰드(20)의 음각부분에 기포가 발생하지 않으면서 동시에 충분히 얇은 두께의 자외선 경화성 수지층(30)을 형성할 수 있다.
이후, 도 3에서 보이는 바와 같이, 상기 사파이어 기판(10)과 몰드(20)를 압착한 상태에서 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 수지층(30)을 경화시킨다(S40).
상기 몰드(20)는 종래 선행기술에 기재된 바와 같이 가공이 용이한 실리콘 기판 또는 투명한 유리기판에 감광성 수지층을 도포한 후 전자빔 리소그래피나 레이저 간섭 리소그래피 공정 및 식각 공정을 수행하여 소정의 패턴을 형성한 것일 수도 있지만, 상기와 같은 방법으로 패턴이 형성된 실리콘 기판 또는 유리기판을 마스터로 하여 전주공정(electroforming process)으로 제조된 금속재질의 몰드(20)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 몰드(20)는 기계가공으로 패턴이 형성된 금속판을 마스터로 하여 전주공정으로 제조된 금속재질의 몰드(20)일 수도 있으며, 직접 상기 금속판을 몰드(20)로 사용할 수도 있다.
이와 같은 금속재질의 몰드(20)는 전주공정으로 제조할 수 있기 때문에 복제가 용이하며, 내구성이 우수하기 때문에 나노 임프린트 공정을 사용하여 사파이어 기판(10)에 패턴을 형성함에 있어서 하나의 금속재질의 몰드(20)로 제조할 수 있는 사파이어 기판(10)의 수를 증가시킬 수 있으며, 따라서 제조비용을 절감시킬 수 있다.
다만, 도 3에서 보이는 바와 같이, 금속재질의 몰드(20)를 사용하는 경우에 자외선 조사는 상기 사파이어 기판(10) 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다. 금속재질의 몰드(20)는 자외선을 투과하지 않기 때문이다.
이후, 상기 몰드(20)를 박리하여 사파이어 기판(10)에 마스크 층(40)을 형성한다(S50). 도 4에서 보이는 바와 같이, 자외선 경화성 수지층(30)을 경화시킨 후 몰드(20)를 박리하면 몰드(20)의 패턴이 전사된 마스크 층(40)을 사파이어 기판(10)에 형성시킬 수 있다.
이때, 몰드(20)의 박리를 용이하도록 하기 위하여 상기 몰드(20)는 자외선 경화성 수지와 이형성이 우수한 니켈(Ni) 재질의 몰드(20)이거나, 또는/및 상기 몰드(20)의 일면에 자외선 경화성 수지와 이형성이 우수한 물질층으로 이루어진 별도의 접착층(adhesive layer)을 형성하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 마스크 층(40)이 제거될 때까지 사파이어 기판(10)을 이온 식각한다(S60).
이와 같이, 마스크 층(40)이 제거될 때까지 사파이어 기판(10)을 계속하여 이온 식각하면 종래 선행기술에서와 같이 잔여 수지층을 제거하는 공정과 이온 식각 후 마스크 층(40)을 제거하는 공정을 생략할 수 있으며, 따라서 전체적인 제조공정이 간단해 질 수 있어서 바람직하다.
또한, 도 5에서 보이는 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 이온 식각시 마스크 층(40)도 테두리부터 식각이 이루어지기 때문에 이와 같이 마스크 층(40)이 제거될 때까지 사파이어 기판(10)을 이온 식각하면, 도 6에서 보이는 바와 같이, 사파이어 기판(10)에 최종적으로 형성된 패턴(50)은 상부가 뾰족한 형상으로 이루어지도록 할 수 있으며, 이와 같은 뾰족한 형상의 패턴은 발광 다이오드로부터 발산되는 빛의 탈출을 더욱 용이하게 하여 발광 다이오드의 광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법은 마스크 층(40)이 완전히 제거될 때까지 이온 식각함으로써, 사파이어 기판(10)에 상부가 뾰족한 형상의 패턴(50)을 형성시킴으로써 발광 다이오드의 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.
예를 들어, 상기 상부가 뾰족한 형상의 패턴(50)은 원뿔 또는 사다리꼴 형상의 패턴일 수 있다. 다만, 본 발명은 상부가 뾰족한 형상의 패턴(50)을 사파이어 기판(10)에 형성시키기 위한 방법에 관한 것이며, 따라서 본 발명은 상기 상부가 뾰족한 형상의 패턴(50)이 구체적으로 어떠한 형상인 것인가에 의해 한정되지는 않는다 할 것이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법은 상기 마스크 층(40)이 형성된 사파이어 기판(10)에 열을 가하여 상기 마스크 층(40)을 고온 열경화시키는 단계(S70)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 사파이어 기판(10)의 이온 식각시 사파이어 기판(10)에 비하여 폴리머 마스크 층(40)의 식각 속도가 더 빠르게 이루어질 수 있는데, 이와 같이 마스크 층(40)을 고온 열경화시키는 단계(S70)가 더 이루어지면 마스크 층(40)을 더욱 견고하게 경화시켜 마스크 층(40)의 식각 속도를 줄일 수 있어서 바람직하다.
특히, 이와 같이 마스크 층(40)을 더욱 견고하게 경화시켜 마스크 층(40)의 식각 속도를 감소시키면 마스크 층(40)의 패턴 높이를 더 낮게 할 수 있으며, 따라서 몰드(20)의 제작과 임프린트 공정이 더욱 용이해질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명에 따른 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법에 의하면, 발광 다이오드의 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 비교적 쉽고 저렴하게 패턴화된 사파이어 기판을 제조할 수 있어서, 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 이용 증대가 기대된다.
10 : 사파이어 기판 20 : 몰드
30 : 자외선 경화성 수지층 40 : 마스크 층
50 : 사파이어 기판의 패턴
30 : 자외선 경화성 수지층 40 : 마스크 층
50 : 사파이어 기판의 패턴
Claims (4)
- 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate, PSS)의 제조방법에 있어서,
사파이어 기판 또는 소정의 패턴을 갖는 몰드에 자외선 경화성 수지를 도포하는 단계;
상기 자외선 경화성 수지가 도포된 상태로 상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착하여 상기 몰드의 패턴이 전사된 자외선 경화성 수지층을 형성하는 단계;
상기 사파이어 기판과 상기 몰드를 압착한 상태에서 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 수지층을 경화시키는 단계;
상기 몰드를 박리하여 상기 사파이어 기판상에 상기 몰드의 패턴이 전사된 마스크 층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 층이 제거될 때까지 상기 사파이어 기판을 이온 식각하여 상기 사파이어 기판상에 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부가 뾰족한 형상을 가지는 패턴은 원뿔 또는 피라미드 형상의 패턴인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 마스크 층이 형성된 사파이어 기판에 열을 가하여 상기 마스크 층을 고온 열경화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 몰드는 전주공정으로 제조된 금속재질의 몰드이며, 상기 자외선 조사는 상기 사파이어 기판 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020110035066A KR20120117354A (ko) | 2011-04-15 | 2011-04-15 | 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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ID=47285327
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| KR (1) | KR20120117354A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2593910A (en) * | 2020-04-08 | 2021-10-13 | Plessey Semiconductors Ltd | Micro-lightguide for micro-LED |
-
2011
- 2011-04-15 KR KR1020110035066A patent/KR20120117354A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2593910A (en) * | 2020-04-08 | 2021-10-13 | Plessey Semiconductors Ltd | Micro-lightguide for micro-LED |
| GB2593910B (en) * | 2020-04-08 | 2022-09-28 | Plessey Semiconductors Ltd | Micro-lightguide for micro-LED |
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