KR20130122225A

KR20130122225A - 광반도체 기반 조명장치 및 이에 이용되는 광학부재의 제조방법

Info

Publication number: KR20130122225A
Application number: KR1020120045388A
Authority: KR
Inventors: 김대원; 박성원; 김정화
Original assignee: 주식회사 포스코엘이디
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2013-11-07
Also published as: KR101501679B1

Abstract

광반도체 기반 조명장치가 개시된다. 이 광반도체 기반 조명장치는 적어도 하나의 반도체 광소자와, 상기 반도체 광소자와 이격된 채, 상기 반도체 광소자의 광을 일측에서 받아 타측으로 내보내는 광학부재를 포함한다. 상기 광학부재는 투광성 부재와 상기 투광성 부재의 적어도 일 표면에 형성된 요철패턴을 포함하고, 상기 광학부재의 상기 요철패턴은 상기 투광성 부재에 도포된 임프린트 레진의 요철패턴을 따라 식각되어 형성된다.

Description

광반도체 기반 조명장치 및 이에 이용되는 광학부재의 제조방법{OPTICAL SEMICONDUCTOR BASED ILLUMINATING APPARATUS AND METHOD FOR FABRICATING OPTIC MEMBER USED FOR THE SAME APPARATUS}

본 발명은 광반도체 기반 조명장치 분야에 관한 것으로서, 특히, 광반도체 기반 조명장치 내에서 반도체 광소자들의 보호 또는 반도체 광소자들로부터 나온 광의 확산 및/또는 전달에 이용되는 투광성의 광학부재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 나아가, 본 발명은 요철패턴, 특히, 나노 크기의 오목부들 또는 볼록부들을 포함하는 요철패턴을 광학부재 표면에 재현성 높게 형성하는 기술과 관련된다.

아직까지 조명용 광원으로 형광등과 백열등이 많이 이용되어 왔다. 백열등은, 소비전력이 높아 효율 및 경제성이 떨어지며, 이러한 이유로, 그 수요가 크게 감소되는 추세이다. 이러한 감소 추세는 미래에도 계속될 것으로 예측되고 있다. 반면, 형광등은 소비전력이 백열등 소비전력의 대략 1/3 정도로 효율이 높고 경제적이다. 하지만, 형광등은 높은 인가 전압으로 인해 흑화 현상이 진행되어 수명이 짧다는 문제점을 갖는다. 또한, 형광등은, 아르곤 가스와 함께 유해 중금속 물질인 수은이 주입된 진공 유리관을 이용하므로, 환경 비친화적이라는 단점이 있다.

최근 들어서는 엘이디와 같은 반도체 광소자를 광원으로 포함하는 광반도체 기반 조명장치의 수요가 급격히 증가하고 있다. 엘이디를 이용하는 광반도체 기반 조명장치는 수명이 길고 저 전력 구동의 장점을 갖는다. 또한, 광반도체 기반 조명장치는 수은과 같은 환경 유해물질을 이용하지 않으므로 환경 친화적이다. 다양한 종류 그리고 다양한 구조를 갖는 광반도체 기반 조명장치가 개발되고 있다.

통상, 광반도체 기반 조명장치는 반도체 광소자로부터 방출된 광을 일 측면에서 받아 타 측면을 통해 방출하는 투광성의 광학부재를 포함하고 있다. 이 광학부재는 반도체 광소자 등을 보호하면서 반도체 광소자의 광을 외부로 방출하는 광학 커버를 포함할 수 있으며, 또한, 광을 확산시키는 광 확산 커버, 광을 일측에서 타측으로 안내하는 광 안내 판(또는, 도광판)을 포함할 수 있다.

종래의 광반도체 기반 조명장치로서, 광 확산 패턴이 형성된 광학부재를 이용하는 것이 있다. 또한, 종래에는 광학부재에 광 확산 패턴을 형성하기 위해 화학적 방법 또는 기계적 방법을 이용하였었다. 화학적 방법은 작업 환경의 차이로 인해 광 확산 패턴을 광학부재에 일정하게 형성하는 것이 어렵다는 단점을 갖는다. 기계적 방법은 별도의 복잡한 공정이 더 추가되어야 하므로 공수 증가와 그에 따른 비용의 증가를 초래하는 단점이 있다. 또한, 기계적 방법은 공정 중 잘못된 기계 작동으로 인해 공정 불량을 유발할 가능성 높다. 또한, 종래의 기계적 또는 화학적 방법으로는 광학부재에 수 내지 수백 나노미터 크기의 미세한 오목부 또는 볼록부를 포함하는 패턴을 형성하기 어려웠다.

또한, 종래의 광반도체 기반 조명장치는, 점광원인 반도체 광소자를 이용하므로, 휘도가 높고 눈부심(glrare) 현상이 심하다는 단점이 있다. 이러한 눈부심을 현상을 줄이기 위한 여러 방안들 중 하나로 반도체 광소자의 광이 통과하는 광학 패널의 광 확산성을 높이는 것이 있다.

본 발명의 목적은 광을 일측에서 받아 타측으로 내보내도록 광반도체 기반 조명장치에 이용되는 것으로 요철패턴이 재현성 높게 그리고 신뢰성 있게 형성된 광학부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 재현성 높게 그리고 신뢰성 있게 요철 패턴을 형성한 광학부재를 포함함으로써, 균일한 광 분포 및 균일한 성능을 가지며 눈부심 현상을 크게 억제할 수 있는 광반도체 기반 조명장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 광반도체 기반 조명장치는, 적어도 하나의 반도체 광소자와, 상기 반도체 광소자와 이격된 광학부재를 포함한다. 상기 광학부재는 투광성 부재와 상기 투광성 부재의 적어도 일 표면에 형성된 요철패턴을 포함하고, 상기 광학부재의 상기 요철패턴은 상기 투광성 부재에 도포된 임프린트 레진의 요철패턴을 따라 식각되어 형성된다.

일 실시예에 따라, 상기 임프린트 레진의 요철패턴은 마스터 몰드의 요철패턴을 복제한 스탬프 몰드에 의해 스탬핑되어 형성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 광학부재의 상기 요철패턴은 나노 크기를 갖는 볼록부 또는 오목부는 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 볼록부 또는 오목부는 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함하는 볼록부 또는 오목부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 광반도체 기반 조명장치에 적용되며 반도체 광소자의 광을 일측에서 받아 타측으로 내보내는 광학부재를 제조하는 방법이 제공된다. 이 광학부재 제조방법은, 투광성 부재를 준비하는 단계와; 상기 투광성 부재의 적어도 일 표면에 임프린트 레진을 도포하는 단계와; 스탬프 몰드를 이용하여, 상기 임프린트 레진의 표면에 요철패턴을 형성하는 스탬핑 단계와; 상기 임프린트 레진의 요철패턴을 따라 상기 투광성 부재를 식각하여, 상기 투광성 부재의 일 표면에 요철패턴을 형성하는 식각 단계를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 스탬프 몰드는 미리 제작된 마스터 몰드로부터 요철패턴을 복제한 것이 이용될 수 있다. 또한, 상기 임프린트 레진은 폴리머 계열 레진일 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 식각 단계에 의해 상기 투광성 부재의 일 표면에는 나노 크기의 볼록부 또는 오목부를 포함하는 요철패턴이 형성된다.

일 실시에에 따라, 상기 스탬프 몰드는 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함하는 요철패턴을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 스탬핑 단계는 상기 스탬프 몰드로 상기 임프린트 레진을 가압한 후 UV 경화시킬 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 스탬핑 단계는 상기 스탬프 몰드로 상기 임프린트 레진을 가압한 상태에서 온도를 변화시켜 상기 임프린트 레진의 요철패턴 형상을 제어할 수 있다. 상기 식각 단계는 산소 플라즈마 반응성 이온 식각을 이용할 수 있다.

일 실시예에 따라. 상기 광학부재 제조방법은 상기 스탬핑 단계 후에 상기 스탬프 몰드가 상기 임프린트 레진으로부터 잘 분리될 수 있도록, 상기 스탬핑 단계 전에 상기 스탬프 몰드의 표면에 반 점착(anti-adhesion)처리를 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 광학부재 제조방법은 상기 스탬프 몰드를 준비하기 위해, 요철패턴이 형성된 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계와, 상기 마스터 몰드로 레진을 가압하여, 상기 마스터 몰드의 요철패턴이 역상으로 복제된 스탬프 몰드를 제작하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계는, 지지기판 상에 Al을 증착하는 단계와, 상기 Al을 양극산화하여 상기 Al 표면에 산화물을 형성하는 단계와, 상기 산화물을 제거하여 상기 Al 표면에 다수의 오목부를 포함하는 요철패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예예에 따라, 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계는 GaN 템플릿을 준비하는 단계와, 상기 GaN 템플릿을 KOH 계열 수용액 내에 넣고 UV 광의 도움으로 광화학적 식각하여 요철패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따라, 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계는, 수지 필름 또는 수지 판 상에 나노 크기를 갖는 다수의 수지 필라(pillar)들을 규칙적으로 형성하여 상기 수지 필라들에 의해 요철패턴을 형성할 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 임프린트 레진은 PUA(Poly Urethane Acrylate)을 포함하고, 상기 스탬프 몰드는 PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 광반도체 기반 조명장치에 이용되는 광학부재를 제조함에 있어서, 그 광학부재의 요철패턴이 나노 크기로 미세하더라도, 그 요철패턴을 재현성 높게 그리고 신뢰성 있게 형성하는 것이 가능하다. 또한, 재현성 높게 그리고 신뢰성 있게 요철 패턴을 형성한 광학부재를 이용함으로써, 광반도체 기반 조명장치를 균일한 광 분포를 갖도록 그리고 균일한 성능을 갖도록 제조하는 것이 가능하다. 또한, 미세 요철패턴을 포함하는 개선된 광확산 구조의 광학부재에 의해, 눈부심 현상을 크게 줄일 수 있는 광반도체 기반 조명장치가 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반도체 기반 조명장치를 도시한 단면도.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 요철패턴을 갖는 광학부재 제작을 위해 투광성 부재의 일면에 임프린트 레진을 도포하는 단계를 설명하기 위한 단면도들.
도 4 및 도 5는 스탬프 몰드를 이용하여 임프린트 레진에 요철패턴을 형성하고 임프린트 레진을 UV 경화시키는 단계를 보인 단면도.
도 6 및 도 7은 임프린트 레진의 요철패턴에 따라 투과성 부재의 표면을 식각하여 투광성 부재의 표면에 요철패턴을 형성하는 단계를 보인 단면도.
도 8a는 임프린트 레진에 요철패턴을 형성하는 스탬프 몰드 제작을 위해 마스터 몰드를 제작하는 단계의 한 예를 보여주는 도면.
도 8b은 스탬프 몰드 제작을 위한 마스터 몰드를 제작하는 단계의 다른 예를 보여주는 도면.
도 9는 마스터 몰드를 이용하여 스탬프 몰드를 제작하는 단계를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 광반도체 기반 조명장치(1)는, 복수의 반도체 광소자(2)와, 상기 반도체 광소자(2)와 이격된 채 상기 반도체 광소자(2)의 상부를 덮고 있는 광학부재(10)를 포함한다, 상기 복수의 반도체 광소자(2)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; 3) 상에 실장되어 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(3)은 히트싱크(5) 상에 부착된 채 상기 히트싱크(5)와 열전도적으로 연결되어 있다. 상기 히트싱크(5)는 다수의 방열핀(51)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광도체 기반 조명장치(1)는 전술한 반도체 광소자(2)를 내부에 수용하기 위한 하우징(6)을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 광반도체 기반 조명장치(1)는 상기 반도체 광소자(2)를 구동하기 위한 회로 부품을 포함할 수 있다. 상기 반도체 광소자(2)는 엘이디(Light Emitting Diode)와 같은 광반도체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반도체 광소자(2)는 광반도체를 봉지하는 봉지재를 포함할 수 있다. 광반도체가 인쇄회로기판(3)에 직접 실장될 수 있으며, 대안적으로, 리드단자들을 구비한 패키지에 내장된 채 인쇄회로기판(3) 상에 배치될 수 있다.

상기 광학부재(10)는 반도체 광소자(2)에서 발생된 광을 외부로 방출시킬 수 있도록 투광성 부재로 이루어진다. 본 실시예에서, 상기 광학부재(10)는 투명 유리로 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 광학부재(10)가 유리가 아닌 다른 투광성 재료로 이루어질 수도 있다. 상기 광학부재(10)는 상부 표면과 하부 표면을 구비하며, 상기 상부 표면 및 하부 표면에는 광 확산 기능을 갖는 요철패턴(12, 12)이 형성되어 있다. 상부 표면과 하부 표면 중 어느 하나의 표면에만 요철패턴을 형성할 수도 있음에 유의한다. 그리고, 본 실시예에 따르면, 상기 요철패턴(12, 12)이 광 확산 기능을 갖지만, 다른 기능이나 용도를 갖는 요철패턴 및 이를 포함하는 특정 기능 및 용도의 광학부재가 본 발명의 범위 내에 있음을 유의한다.

상기 요철패턴(10)은 수 나노미터 내지 수백 나노미터 크기(직경 또는 폭)를 갖는 오목부 또는 볼록부를 포함할 수 있다. 상기 오목부와 볼록부는 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있다.

이제 도 2 내지 도 8을 참조로 하여 광학부재의 일 표면에 도 1에 도시된 것과 같은 요철패턴을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 도 2 내지 도 9에 도시된 바에 따라, 광학부재의 일 표면에만 요철패턴을 형성하는 방법이 설명되지만, 광학부재의 양 표면에 요철패턴을 형성할 수 있으며, 이 경우, 양 표면의 요철패턴을 차례로 또는 동시에 형성할 수 있음에 유의한다. 요철패턴이 형성된 광학부재와의 구분을 위해 요철패턴이 완전히 형성되기 전의 부재를 투광성 부재로 정의하여 설명한다. 부재번호 11이 투광성 부재를 지시하도록 부여된다.

먼저 도 2를 참조하면, 투광성 부재(11)가 준비된다. 본 실시예에서는, 투광성 부재(11)로 평판 형상의 투명 유리가 이용되었다. 그러나, 이하 설명되는 방식에 의해 요철패턴을 형성할 수 있는 다양한 투광성 재료가 투광성 부재(11)로 이용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 투광성 부재(11)가 평판 형상을 갖지만 렌즈 형상, 벌브 형상, 튜브 형상 등과 같은 다른 형상을 가질 수 있음에 유의한다.

다음 도 3을 참조하면, 상기 투광성 부재(11)의 상부 표면을 덮도록 나노 임프린트 레진(70)이 예컨대 스핀코팅 방식으로 도포된다. 이때 상기 레진(70)은 상기 투광성 부재(11)의 상면에 거의 일정한 두께를 갖도록 도포되는 것이 좋다. 나노 임프린트 레진(70)으로는 UV 경화성의 PUA(Poly Urethane Acrylate)가 이용될 수 있다.

다음 도 4 및 도 5를 참조하면, 미리 제작된 스탬프 몰드(80)를 이용하여 레진(70)의 상부 의 표면에 나노 크기의 오목부들 또는 볼록부들을 포함하는 요철패턴(72)을 형성한다. 상기 오목부들 또는 상기 볼록부들 각각은 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있다.

상기 스탬프 몰드(80)는 상기 레진(70)에 요철패턴(72)을 형성할 수 있도록 그에 상응하는 패턴을 하부 표면에 구비한다. 또한 상기 스탬프 몰드(80)는 UV 투과성을 갖는, 예를 들면, PMMA(polymethyl methacrylate) 수지 재질로 이루어질 수 있다. 나노 임프린트 레진(70)에 대해 가압된 후 그 레진(70)으로부터 쉽게 분리될 수 있도록, 상기 스탬프 몰드(80)는 적어도 하부 표면에 대하여 미리 반 점착(Anti-adhesion) 처리를 거칠 수 있다.

상기 스탬프 몰드(80)를 레진(70) 위에 놓고 대략 1bar의 압력을 가한다. 그 후, 280nm ~ 320nm 파장, 20w/cm² 세기의 UV 광을 이용해 약 20분간의 노광 공정을 통해 레진(70)을 경화시킨다. 이 과정에서, 스탬프 몰드(80)의 나노 요철패턴이 레진(70)에 전사되어, 상기 레진(70)의 표면에는 나노 크기의 오목부들 또는 볼록부들을 포함하는 나노 요철패턴(72)이 형성된다. 전사 과정에서, 온도 조건을 다르게 함으로써, 패턴(72)들의 형태를 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상으로 조절할 수 있다.

이때, 상기 스탬프 몰드(80)는 요철패턴을 구비한 하부 표면이 투광성 부재(11)의 평판 형상에 맞추어 평평한 구조를 갖지만, 투광성 부재(11)가 곡면을 갖는 것이라면, 상기 투광성 부재(11)의 하부 표면도 그에 상응하는 곡면을 가질 수 있을 것이다.

다음 도 6을 참조하면, 스탬프 몰드(80)를 임프린트 레진(70) 표면으로부터 분리하고, 나노 패턴들이 형성된 임프린트 레진(70) 위에서 식각 공정을 수행한다. 식각은 산소 플라즈마 반응성 이온 식각(RIE)가 이용될 수 있다. 레진(70) 표면의 패턴들에 대응되게 레진(70) 및 그 아래 투광성 부재(11)가 식각된다. 상기 식각에 의해, 상기 레진(70) 패턴의 오목부에 해당하는 영역이 먼저 식각된다. 따라서, 상기 투광성 부재(11)의 상부 표면은 레진(70)의 패턴을 따라 일정 패턴을 갖도록 식각된다. 상기 투광성 부재(11)에 형성된 요철패턴(12)은 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있다. 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 임프린트 레진(70)이 제거되면, 투광성 부재(11)의 상부 표면에 나노 요철패턴(12)이 형성된 광학부재(10)를 얻을 수 있다.

위와 같이 제작된 광학부재(10)는 별도의 절단 작업 없이 바로 전술한 광반도체 기반 조명장치에 적용될 수 있을 것이다. 그러나, 위와 같이 제작된 광학부재(10)가 복수개로 절단되어 전술한 광반도체 기반 조명장치에 적용될 수 있을 것이다. 이 경우, 절단이 이루어지는 부분을 라인 형태로 구획하도록, 그 부분에는 요철패턴을 형성하지 않는 것이 고려될 수 있다.

이제 전술한 스탬프 몰드를 제작하는 기술에 대해 설명하기로 한다.

먼저 일 표면에 나노 패턴을 갖는 마스터 몰드(또는, 마스터 템플릿)를 제작하고, 그 나노 패턴으로부터 복제된 패턴을 포함하는 스탬프 몰드 또는 복제 몰드를 제작한다.

마스터 몰드는 예를 들면 도 8a 및 도 8b에 도시된 방법들에 의해 제작될 수 있다.

도 8a는 AAO(Anodic Aluminium Oxide) 방법 또는 양극 알루미늄 산화 방법을 이용하여 마스터 몰드(M)를 제작하는 방법을 보여준다. 도 8a를 참조하면, 유리와 같은 지지 기판 상에 Al을 증착한 후, 양극 산화 공정에 의해 Al 표면에 Al 산화물을 형성하고, 다음, 산화물을 제거함으로써 Al 표면에는 나노 크기의 돔형 패턴들이 형성된다. 이 방법은 양극 산화시 인가 전압을 변화시킴으로써 패턴들의 크기를 조절할 있다는 장점을 갖는다. 인가 전압이 커질수록 패턴들의 크기는 커진다.

도 8b는 GaN 템플릿 표면을 광화학적 식각하여 마스터 몰드(M)를 제작하는 방법을 보여준다. 미리 준비된 GaN 템플릿을 KOH 계열 수용액 내에 넣고 UV 광의 도움으로 식각한다. 도 8b에 나타낸 화학식에서와 같이 GaN 템플릿 표면의 Ga 원자로부터 N 원자가 떨어져나가, GaN 템플릿 표면에 나노 크기의 패턴들이 형성된다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 방법들 외에도 다양한 방법으로 마스터 몰드를 제작할 수 있다. 예컨대, 수지 필름 또는 수지 판 상에 나노 크기를 갖는 다수의 수지 필라(pillar)들을 규칙적으로 형성하여 마스터 몰드를 만들 수 있다. 이때, 수지 필라들은 임프린트에 레진에 의해 형성될 수 있다.

마스터 몰드(M)가 제작되면, 그 마스터 몰드(M)를 이용하여 스탬프 몰드(80)를 도 9에 도시된 것과 같이 제작한다.

스탬프 몰드(80)는 도 9에 도시된 바와 같이 임프린트 방식으로 제작될 수 있다. 예컨대, 스탬프 기판(81)에 열경화성 레진(R)을 도포한 후. 마스터 몰드(M)로 레진(R)을 가압하면 마스터 몰드(M)의 패턴의 역상으로 스탬프 몰드(80)에 패턴(82)이 형성된다. 이때, 레진(R)은 열경화성의 PMMA 임프린트 레진이 유리하다. 또한, 상기 가압시 마스터 몰드(M)로 레진(R) 전 면적에 걸쳐 균일한 온도와 압력을 가한다.

Claims

적어도 하나의 반도체 광소자; 및
상기 반도체 광소자와 이격된 광학부재를 포함하며,
상기 광학부재는 투광성 부재와 상기 투광성 부재의 적어도 일 표면에 형성된 요철패턴을 포함하고,
상기 광학부재의 상기 요철패턴은 상기 투광성 부재에 도포된 임프린트 레진의 요철패턴을 따라 식각되어 형성된 것임을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치.
청구항 1에 있어서, 상기 임프린트 레진의 요철패턴은 마스터 몰드의 요철패턴을 복제한 스탬프 몰드에 의해 스탬핑되어 형성된 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치.
청구항 1에 있어서, 상기 광학부재의 상기 요철패턴은 나노 크기를 갖는 볼록부 또는 오목부는 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치.
청구항 3에 있어서, 상기 볼록부 또는 오목부는 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함하는 볼록부 또는 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치.
광반도체 기반 조명장치에 적용되는 광학부재를 제조하는 방법으로서,
투광성 부재를 준비하는 단계;
상기 투광성 부재의 적어도 일 표면에 임프린트 레진을 도포하는 단계;
스탬프 몰드를 이용하여, 상기 임프린트 레진의 표면에 요철패턴을 형성하는 스탬핑 단계; 및
상기 임프린트 레진의 요철패턴을 따라 상기 투광성 부재를 식각하여, 상기 투광성 부재의 일 표면에 요철패턴을 형성하는 식각 단계를 포함하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 스탬프 몰드는 미리 제작된 마스터 몰드로부터 요철패턴을 복제한 것이 이용되는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 임프린트 레진은 폴리머 계열 레진인 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 식각 단계에 의해 상기 투광성 부재의 일 표면에는 나노 크기의 볼록부 또는 오목부를 포함하는 요철패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 스탬프 몰드는 돔형, 콘형, 실린더형, 사다리꼴 단면 형상, 사각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 삼각뿔형, 원뿔형, 다각뿔형 중 적어도 하나의 형상을 포함하는 요철패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 스탬핑 단계는 상기 스탬프 몰드로 상기 임프린트 레진을 가압한 후 UV 경화시키는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 스탬핑 단계는 상기 스탬프 몰드로 상기 임프린트 레진을 가압한 상태에서 온도를 변화시켜 상기 임프린트 레진의 요철패턴 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 식각 단계는 산소 플라즈마 반응성 이온 식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 스탬핑 단계 후에 상기 스탬프 몰드가 상기 임프린트 레진으로부터 잘 분리될 수 있도록, 상기 스탬핑 단계 전에 상기 스탬프 몰드의 표면에 반 점착(anti-adhesion)처리를 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 6에 있어서, 상기 스탬프 몰드를 준비하기 위해,
요철패턴이 형성된 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계; 및
상기 마스터 몰드로 레진을 가압하여, 상기 마스터 몰드의 요철패턴이 역상으로 복제된 스탬프 몰드를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 14에 있어서, 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계는,
지지기판 상에 Al을 증착하는 단계와,
상기 Al을 양극산화하여 상기 Al 표면에 산화물을 형성하는 단계와,
상기 산화물을 제거하여 상기 Al 표면에 다수의 오목부를 포함하는 요철패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 14에 있어서, 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계는,
GaN 템플릿을 준비하는 단계와,
상기 GaN 템플릿을 KOH 계열 수용액 내에 넣고 UV 광의 도움으로 광화학적 식각하여 요철패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 14에 있어서, 상기 마스터 몰드를 제작하는 단계는,
수지 필름 또는 수지 판 상에 나노 크기를 갖는 다수의 수지 필라(pillar)들을 규칙적으로 형성하여 상기 수지 필라들에 의해 요철패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.
청구항 13에 있어서, 상기 임프린트 레진은 PUA(Poly Urethane Acrylate)을 포함하고, 상기 스탬프 몰드는 PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 기반 조명장치용 광학부재 제조방법.