KR20130123148A - Method of fabricating nano imprint mold, nano imprint mold fabricated by the method and method of fabricating light emitting diode with the nano imprint mold - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 임프린트 몰드 및 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 몰드 및 그 제조 방법, 그리고 상기 나노 임프린트 몰드를 이용하여 발광 다이오드를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanoimprint mold and a light emitting diode, and more particularly, to a nanoimprint mold having a nanopattern, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a light emitting diode using the nanoimprint mold.
백색광원 질화갈륨계 발광다이오드는 에너지 변환 효율이 높고, 수명이 길며, 저전압 구동이 가능하며 복잡한 구동회로가 필요치 않은 등의 장점이 있어, 가까운 미래에 백열등, 형광등, 수은등과 같은 기존의 광원을 대체할 고체 조명(solid-state lighting)으로 기대를 모으고 있다. 이러한 질화갈륨계 발광다이오드가 기존의 광원을 대체하여 새로운 백색광원으로 사용되기 위해서는 열적 안정성이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 낮은 소비 전력에서도 고출력 빛을 발할 수 있어야 하므로, 발광다이오드의 효율은 앞으로의 발광다이오드 이용에 있어서 매우 중요한 문제이다.The white light source gallium nitride-based light emitting diode has the advantages of high energy conversion efficiency, long life, low voltage driving and no complicated driving circuit, so it replaces existing light sources such as incandescent lamp, fluorescent lamp and mercury lamp in the near future. We are looking forward to solid-state lighting. In order to use the gallium nitride-based light emitting diode as a new white light source to replace the existing light source, the gallium nitride-based light emitting diode must not only have excellent thermal stability but also be able to emit high output light at low power consumption. Is a very important issue.
발광다이오드의 발광 효율은 내부 양자 효율(internal quantum efficiency), 광 추출 효율(extraction efficiency)에 의해 주로 결정된다. 특히 광 추출 효율은 활성층에서 방출된 광자들이 발광다이오드 외부, 즉 자유 공간으로 방출되는 비율을 의미하는데, 이러한 광 추출 효율이 낮은 경우 소자의 내부 양자 효율이 높다고 하더라도 자유 공간으로 빠져나오는 광자의 수가 적어지게 되므로 발광다이오드의 실제 광원으로서의 효율은 크게 떨어지게 된다. The light emitting efficiency of the light emitting diode is mainly determined by the internal quantum efficiency and the light extraction efficiency. In particular, the light extraction efficiency refers to the rate at which photons emitted from the active layer are emitted to the outside of the light emitting diode, that is, to the free space. When the light extraction efficiency is low, the number of photons exiting into the free space is small even though the internal quantum efficiency of the device is high. As a result, the efficiency of the light emitting diode as an actual light source is greatly reduced.
종래의 발광다이오드를 보면, 광이 자유 공간으로 빠져나오는 경로에서 GaN계 기판(nGaN=2.4), 사파이어 기판(nsapphire=1.77), ITO 전극(nITO=1.9) 등과 공기(nair=1.0)간의 계면에서 굴절률의 차이로 인한 내부 전반사가 발생하여 상당한 양의 빛이 포획(trapped)되어 광 추출 효율이 크게 떨어지는 문제가 있었다. 내부 전반사 현상을 효과적으로 줄이고 광 추출 효율을 높이기 위해, 소자를 에칭하여 빛이 방출되기 쉬운 구조를 만들거나, 발광 다이오드 칩 구조를 바꾸거나, 또는 발광 다이오드 칩의 표면을 가공하는 등 여러 기술이 연구 개발되고 있다. In a conventional light emitting diode, a GaN substrate (n GaN = 2.4), a sapphire substrate (n sapphire = 1.77), an ITO electrode (n ITO = 1.9), and air (n air = 1.0) in a path through which light escapes to free space Internal total reflection occurs due to the difference in refractive index at the interface between), which causes a considerable amount of light to be trapped, resulting in a significant drop in light extraction efficiency. In order to effectively reduce the total internal reflection and increase the light extraction efficiency, various technologies such as etching the device to make a structure that is easy to emit light, changing the structure of the light emitting diode chip, or machining the surface of the light emitting diode chip are researched and developed. It is becoming.
구체적으로, PSS(Patterned Sapphire Substrate) 표면가공기술, p-GaN 러프니스(roughness) 성장기술, PBG(photonic Band Gap) 기술, 레이저를 이용한 표면가공기술, 표면 플라즈몬 형성기술, 골드 입자 배열을 이용한 표면가공 기술, 표면에 나노 구조물 형성기술 등이 연구, 개발되어 사용되고 있다. 그러나, 상기의 기술들은 공정방법이 매우 복잡하고 고가의 장비들을 사용하여 공정 단가를 상승시키고, 높은 에너지를 이용하는 공정들은 발광다이오드 소자를 손상시킬 수 있으며, 재현성이 부족하고 대면적에 적용하기 힘들어 발광다이오드 소자의 신뢰성이 떨어지는 단점이 있었다.Specifically, PSS (Patterned Sapphire Substrate) surface processing technology, p-GaN roughness growth technology, photonic band gap (PBG) technology, surface processing technology using laser, surface plasmon formation technology, surface using gold particle array Processing technology, nano structure formation technology on the surface, etc. have been researched, developed and used. However, the above techniques are very complicated and expensive to use the equipment to increase the cost of the process, high energy processes can damage the light emitting diode device, lack reproducibility and difficult to apply to large area The reliability of the diode device was inferior.
한편, 상술한 기술들의 단점을 보완하고 미세 구조를 형성하기 위한 방법으로 나노 임프린트 기술이 사용되고 있다. 나노 임프린팅 기술은 1995년 미국 Princeton대학 Chou 박사에 의해서 처음으로 소개되었으며 현재 나노 임프린트 기술은 100 nm 이하의 선폭을 구현하는 새로운 기술로 자리매김을 하고 있다. 기존의 리소그라피에 비하여 나노 임프린트 기술은 공정이 쉽고 간단하고 장비 자체가 현재 반도체 공정에서 쓰이고 있는 포토리소그라피 장비(Deep UV, EUV, X-ray)보다 저렴하며, 공정이 간단하여 재현성이 높은 장점이 있다.On the other hand, nano-imprint technology is used as a method for supplementing the disadvantages of the above-described techniques and forming a microstructure. Nanoimprinting technology was first introduced in 1995 by Dr. Chou, Princeton University, USA. Nanoimprinting technology is now being established as a new technology to achieve line widths of less than 100 nm. Compared to conventional lithography, nano imprint technology is easy and simple to process, and the equipment itself is cheaper than the photolithography equipment (Deep UV, EUV, X-ray) currently used in semiconductor process. .
이러한 나노 임프린트 기술은 나노 패턴을 갖는 몰드를 이용하여 패턴이 요구되는 표면에 임프린트 하는 방법으로 수행된다. 나노 패턴이 구비되어 있는 몰드를 제작하기 위해서는 일반적으로 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography)와 식각을 이용하거나, 또는 마스터 스탬프의 나노 패턴을 몰드에 전사하는 방법을 이용하였다. 전자빔 리소그래피와 식각을 이용한 방법은 몰드 제작에 많은 시간이 요구되고 또한 공정이 복잡하여 마스터 스탬프를 이용하는 방법이 주로 사용된다.This nanoimprint technique is performed by imprinting a surface requiring a pattern using a mold having a nanopattern. In order to fabricate a mold having a nanopattern, generally, electron-beam lithography and etching are used, or a method of transferring the nanopattern of the master stamp to the mold is used. The method using electron beam lithography and etching requires a lot of time to manufacture a mold, and the process is complicated, and a method using a master stamp is mainly used.
종래의 마스터 스탬프를 이용하는 방법의 경우, 나노 임프린트 몰드에 전사되는 나노 패턴이 마스터 스탬프에 형성된 나노 패턴에 의해 결정된다. 이 때문에, 나노 임프린트 몰드에 형성될 나노 패턴에 대응하여 특정 나노 패턴을 갖는 마스터 스탬프가 제작되며, 나노 임프린트 몰드에 형성될 나노 패턴의 형상을 변경하려면, 이에 대응하여 다른 형상의 나노 패턴을 갖는 마스터 스탬프가 별도로 제작되어야 한다. 따라서 종래의 나노 임프린트 몰드의 제조 방법은 나노 패턴마다 마스터 스탬프가 별도로 제작되어야 하는 단점이 있다.In the case of using a conventional master stamp, the nano pattern transferred to the nano imprint mold is determined by the nano pattern formed on the master stamp. For this reason, a master stamp having a specific nanopattern is produced corresponding to the nanopattern to be formed on the nanoimprint mold, and to change the shape of the nanopattern to be formed on the nanoimprint mold, a master having a nanopattern of a different shape correspondingly is Stamps must be made separately. Therefore, the conventional manufacturing method of the nano imprint mold has a disadvantage that the master stamp is to be manufactured separately for each nano pattern.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하나의 마스터 템플릿을 이용하여 다양한 형태의 나노 패턴 형상을 갖는 나노 임프린트 몰드를 제조하는 방법, 그것에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드 및 상기 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a method for manufacturing a nano-imprint mold having a variety of nano-pattern shapes using a single master template, a nano-imprint mold prepared by the same and a light emitting diode manufacturing method using the nano-imprint mold To provide.
본 발명의 실시예들에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법은, 베이스 상에 폴리머를 도포하고, 제1 나노 패턴을 갖는 마스터 템플릿을 이용하여 상기 제1 나노 패턴을 상기 폴리머에 임프린트하여 상기 제1 나노 패턴에 상응하는 예비 나노 패턴을 형성하고, 상기 예비 나노 패턴의 형상을 변화시켜 제2 나노패턴을 형성하는 것을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a nano imprint mold may include coating a polymer on a base and imprinting the first nano pattern on the polymer using a master template having a first nano pattern to form the first nano pattern. Forming a preliminary nanopattern corresponding to the preliminary nanopattern, and changing the shape of the preliminary nanopattern to form a second nanopattern.
상기 예비 나노 패턴의 형상을 변화시킴으로써, 나노 임프린트 몰드 상에 나노 패턴 형상을 다양하게 할 수 있어 하나의 마스터 템플릿을 이용하여 다양한 형상의 나노 임프린트 몰드를 제조할 수 있다. 이로 인해, 나노 임프린트 몰드를 제조하는 공정이 단순화되고, 공정 단가를 낮출 수 있다.By changing the shape of the preliminary nano-pattern, it is possible to vary the nano-pattern shape on the nano-imprint mold to manufacture a nano-imprint mold of various shapes using a single master template. For this reason, the process of manufacturing a nano imprint mold can be simplified, and process cost can be reduced.
상기 예비 나노 패턴 형상을 변화시키는 것은 100 mTorr 이하의 진공 분위기에서 수행될 수 있고, 상기 마스터 템플릿은 PUA, PDMS 또는 PMMA로 형성될 수 있다.Changing the preliminary nanopattern shape may be performed in a vacuum atmosphere of 100 mTorr or less, and the master template may be formed of PUA, PDMS or PMMA.
상기 예비 나노 패턴 형상을 변화시키는 것은 열처리를 이용하여 수행될 수 있다.Changing the preliminary nano pattern shape may be performed using a heat treatment.
이때, 상기 열처리는, 상기 폴리머가 소정 온도가 되도록 상기 폴리머를 가열하고, 상기 가열된 폴리머를 상기 소정 온도에서 소정 시간 동안 유지하고, 상기 가열된 폴리머를 냉각하는 것을 포함할 수 있다.In this case, the heat treatment may include heating the polymer such that the polymer is at a predetermined temperature, maintaining the heated polymer at the predetermined temperature for a predetermined time, and cooling the heated polymer.
또한, 상기 폴리머를 상기 소정 온도로 가열하는 동안 상기 마스터 템플릿을 상기 폴리머에 대하여 가압하고, 상기 가열된 폴리머를 냉각하는 것은 상기 가압하는 것이 중지된 후에 수행될 수 있다. 상기 마스터 템플릿을 가압하는 것은 상기 가열된 폴리머를 소정 온도에서 유지하는 도중에 중지될 수 있으며, 이와 달리, 유지하는 것이 완료된 후에 중지될 수도 있다. 따라서, 상기 가열된 폴리머를 냉각하는 것은 상기 가압하는 것을 중지한 후 소정 시간이 경과한 후에 또는 중지한 직후에 수행될 수 있다.In addition, pressurizing the master template against the polymer while heating the polymer to the predetermined temperature, and cooling the heated polymer may be performed after the pressing is stopped. Pressurizing the master template may be stopped during the maintenance of the heated polymer at a predetermined temperature, or alternatively, may be stopped after the maintenance is complete. Thus, cooling the heated polymer may be performed after a predetermined time has elapsed after stopping the pressurization or immediately after stopping.
상기 폴리머는 1~3 바(bar)의 범위 내의 압력으로 가압 될 수 있고, 상기 냉각하는 것은 자연 냉각(natural cooling)하는 것일 수 있다.The polymer may be pressurized to a pressure in the range of 1 to 3 bars, and the cooling may be natural cooling.
한편, 상기 소정 온도는 상온보다 높고 상기 폴리머의 끓는점보다 낮은 온도일 수 있고, 이에 더하여, 상기 소정 온도는 최소 점도 온도(minimum viscosity temperature)보다 낮은 온도일 수 있다.On the other hand, the predetermined temperature may be higher than room temperature and lower than the boiling point of the polymer, in addition, the predetermined temperature may be a temperature lower than the minimum viscosity temperature (minimum viscosity temperature).
아울러, 냉각 후에 상기 마스터 템플릿을 상기 폴리머로부터 분리하는 것을 더 포함할 수 있다.In addition, the cooling may further include separating the master template from the polymer after cooling.
본 발명에 따른 실시예들에 있어서, 상기 폴리머는 열에 의해 경화되는 폴리머일 수 있고, 상기 폴리머는 PMMA, PDMS 또는 포토 레지스트일 수 있다.In embodiments according to the invention, the polymer may be a polymer that is cured by heat, and the polymer may be PMMA, PDMS or photoresist.
본 발명의 다른 실시예들에 따른 나노 임프린트 몰드는, 앞서 설명한 나노 임프린트 몰드의 제조 방법에 의해 제조된 것일 수 있다.The nanoimprint mold according to other embodiments of the present invention may be manufactured by the method of manufacturing the nanoimprint mold described above.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 발광 다이오드 제조 방법은, 기판상에 하부 반도체층, 활성층, 및 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고, 상기 발광 구조체 상에 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 나노 패턴은, 앞서 설명한 나노 임프린트 몰드의 제조 방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드를 이용하여 전사된다.On the other hand, the LED manufacturing method according to another embodiment of the present invention, forming a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer on a substrate, and having a nano-pattern on the light emitting structure Forming an imprint resist layer. The nanopattern is transferred using a nanoimprint mold manufactured by the method for manufacturing a nanoimprint mold described above.
상술한 바와 같이, 단순화되고 신뢰성이 높은 나노 임프린트 공정을 통해 나노 패턴을 갖는 발광 다이오드를 제조함으로써 전반사 현상을 효과적으로 방지하여 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선할 수 있다.As described above, by manufacturing a light emitting diode having a nanopattern through a simple and reliable nanoimprint process, total reflection may be effectively prevented, thereby improving light extraction efficiency of the light emitting diode.
상기 나노 패턴을 상기 나노 임프린트 레지스트층 상에 전사하는 것은, 상기 발광 구조체 상에 레지스트를 도포하고, 상기 나노 임프린트 몰드를 상기 레지스트에 대하여 가압하고, 상기 레지스트를 경화하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 레지스트는 UV 경화성 폴리머로 형성될 수 있다.Transferring the nanopattern onto the nanoimprint resist layer may include applying a resist onto the light emitting structure, pressing the nanoimprint mold against the resist, and curing the resist. In addition, the resist may be formed of a UV curable polymer.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법은, 하나의 형상을 갖는 마스터 템플릿을 이용하여 다양한 형상의 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 몰드를 제조할 수 있다. 이에 따라, 나노 패턴의 형상마다 마스터 템플릿을 별도로 제조할 필요가 없어, 다양한 종류의 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 몰드 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 공정 단가를 낮출 수 있다.According to the method of manufacturing a nano imprint mold according to the present invention, a nano imprint mold having nano patterns of various shapes may be manufactured using a master template having one shape. Accordingly, it is not necessary to separately prepare a master template for each shape of the nanopattern, so that the process of manufacturing a nanoimprint mold having various kinds of nanopatterns can be simplified, and the process cost can be reduced.
더욱이, 상기 나노 임프린트 몰드를 이용하여 발광 다이오드 상부에 나노 패턴을 전사함으로써, 내부 전반사 현상이 감소되고 광 추출 효율이 개선되며, 신뢰성이 향상된 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.Furthermore, by transferring the nano-pattern on the light emitting diode using the nano imprint mold, it is possible to reduce the total internal reflection phenomenon, improve the light extraction efficiency, and provide a method of manufacturing a light emitting diode with improved reliability.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법을 설명하기 위한 열처리에 따른 시간-온도 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법을 설명하기 위한 열처리에 따른 온도-점도 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법을 설명하기 위한 열처리에 따른 폴리머의 리플로우(reflow)를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드를 설명하기 위한 나노 패턴의 형상이 변화된 나노 임프린트 몰드의 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 나노 패턴의 형상들을 보여주는 사진들이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 발광 다이오드의 광 특성을 보여주는 그래프들이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a time-temperature graph according to the heat treatment for explaining the nanoimprint mold manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a is a temperature-viscosity graph according to the heat treatment for explaining the nanoimprint mold manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a schematic diagram schematically illustrating a reflow of a polymer during heat treatment to explain a method for manufacturing a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a nanoimprint mold having a changed shape of a nanopattern for explaining a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention.
5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
7 and 8 are photographs showing the shapes of the nano-pattern according to the experimental example of the present invention.
9 are graphs showing optical characteristics of a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 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 수도 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can sufficiently convey the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. It will also be appreciated that where parts of a layer, film, area, plate, etc. are described as being "on top" or "on" another part, And includes another portion between the other portions. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 이하 실시되는 제조 방법은 제조되는 나노 임프린트 몰드의 나노 패턴 형상의 재현성을 높이기 위해 100 mTorr 이하의 진공 분위기하에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method carried out below may be performed in a vacuum atmosphere of 100 mTorr or less to increase the reproducibility of the nano pattern shape of the nanoimprint mold to be manufactured, but is not limited thereto.
먼저, 도 1a을 참조하면, 제1 나노 패턴(11a)을 갖는 마스터 템플릿(11)을 준비한다. First, referring to FIG. 1A, a
상기 마스터 템플릿은 폴리머 물질로 형성될 수 있고, 상기 폴리머 물질은 유연성 폴리머, 또는 졸-겔(sol-gel) 물질일 수 있다. 예컨대, 상기 유연성 폴리머는 PUA(polyurethane acrylate), PDMS(polydimethylsiloxane), 또는 PMMA(poly methyl methacrylate)일 수 있고, 상기 졸-겔 물질은 ITO 졸-겔, ZnO 졸-겔, TiO2 졸-겔, ZrO2 졸-겔일 수 있다.The master template may be formed of a polymer material, and the polymer material may be a flexible polymer or a sol-gel material. For example, the flexible polymer may be PUA (polyurethane acrylate), PDMS (polydimethylsiloxane), or PMMA (poly methyl methacrylate), the sol-gel material is ITO sol-gel, ZnO sol-gel, TiO 2 sol-gel, ZrO 2 sol-gel.
상기 제1 나노 패턴(11a)의 철부는 도 1a에 도시된 바와 같이, 실린더 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 형상을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1A, the convex portion of the
다음으로, 도 1b를 참조하면, 베이스(21)상에 폴리머(22)를 도포하고, 상기 마스터 템플릿(11)의 제1 나노 패턴(11a)을 상기 폴리머(22)에 대향하여 배치하여, 상기 제1 나노 패턴(11a)에 상응하는 예비 나노 패턴을 상기 폴리머(22)에 임프린트한다. 상기 폴리머(22)는 스핀 코팅을 이용하여 베이스(21)상에 도포될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 닥터 블레이드, 바코팅을 이용하여 도포 될 수도 있다. 또한, 상기 폴리머(22) 상의 상기 예비 나노 패턴은 상기 마스터 템플릿(11)에 의해 가압되어 형성될 수 있다. 이 경우, 패턴이 효율적으로 임프린트되도록 1~3bar 범위의 압력으로 가압 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Next, referring to FIG. 1B, the
상기 폴리머(22)는 PUA, PDMS, 또는 PMMA와 같은 열에 의해 경화되는 폴리머일 수 있다. The
다음으로, 도 1c를 참조하면, 상기 예비 나노 패턴의 형상을 변화시켜, 상기 예비 나노 패턴으로부터 제2 나노 패턴(23a)을 형성한다. 이때, 상기 폴리머(22)로부터 나노 임프린트 몰드층(23)이 형성된다. 이하, 상기 예비 나노 패턴의 형상 변화를 도 2, 도 3a, 및 도 3b를 참조하여 상세하게 설명한다.Next, referring to FIG. 1C, the shape of the preliminary nanopattern is changed to form a
상기 예비 나노 패턴의 형상을 변화시키는 것은 열처리를 이용하여 수행될 수 있다. 도 2는 열처리의 일례에 따른 시간-온도 관계 그래프를 도시하고, 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 열처리는 아래와 같은 단계로 수행된다.Changing the shape of the preliminary nanopattern may be performed using heat treatment. FIG. 2 illustrates a time-temperature relationship graph according to an example of heat treatment, which will be described in detail with reference to FIG. 2.
가) 상기 폴리머(22)를 상온에서 소정 온도로 가열.A) heating the
나) 상기 가열된 폴리머(22)를 상기 소정의 온도에서 소정 시간 동안 유지.B) maintaining the
다) 상기 가열된 폴리머(22)를 냉각.C) cooling the heated polymer (22).
상기 열처리는 상기 마스터 템플릿(11)을 상기 폴리머(22)에 대하여 가압하면서 수행될 수 있고, 예컨대, 1~3bar의 압력으로 가압할 수 있다. 열처리를 시작하는 시점부터 상기 폴리머(22)에 대하여 가압할 수 있고, 열처리 전부터 가압할 수도 있다. 또한, 상기 압력을 가압하는 것은 열처리 수행중 중지될 수 있다. 예컨대, 상기 가열된 폴리머(22)를 냉각하기 전에 가압하는 것이 중지될 수 있거나 또는 상기 가열된 폴리머(22)를 냉각하기 직전에 가압하는 것이 중지될 수 있다.The heat treatment may be performed while pressing the
상기 소정 온도는 상온 보다 높고 상기 폴리머(22)의 끓는점보다 낮은 온도일 수 있다. 예컨대, 상기 폴리머(22)가 PMMA인 경우, 상기 폴리머(22)는 상온 내지 200℃의 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 상기 폴리머(22)를 끓는점 이상의 온도로 가열하여 열처리하는 경우 폴리머 형태의 붕괴가 일어날 수 있으나, 상기 소정 온도의 범위를 제한하는 것은 아니다. 또한, 상기 소정 온도는 상온 보다 높고 상기 폴리머(22)의 최소 점도 온도(minimum viscosity temperature)보다 낮은 온도일 수 있다. 예컨대, 상기 폴리머(22)가 PMMA인 경우, 상기 폴리머(22)는 상온 내지 125℃의 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 상기 최소 점도 온도에 대하여는 후술하여 상세히 설명한다.The predetermined temperature may be higher than room temperature and lower than the boiling point of the
상기 소정 시간은 제한되지 않으나, 5~25분 내의 시간일 수 있다. 상기 소정 시간 동안 가열된 폴리머(22)를 유지함으로써 가열된 폴리머(22)가 안정될 수 있다.The predetermined time is not limited, but may be a time within 5 to 25 minutes. The
상기 가열된 폴리머(22)를 냉각하는 것은 냉각 방식에 제한되지 않으나, 후술할 상기 폴리머(22)의 형상 변화를 위하여 급랭하지 않는 것이 바람직하다. 상기 냉각은 가열 속도(℃/시간)보다 느린 속도(℃/시간)로 수행될 수 있으며, 예를 들어 상기 가열된 폴리머(22)는 자연 냉각(natural cooling)될 수 있다. 상기 가열된 폴리머(22)는 상온으로 냉각될 수 있다.Cooling the
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상기 폴리머(22)의 형상을 변화시키는 것을 상세하게 설명한다.Hereinafter, changing the shape of the
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 PMMA의 열처리시 가열-냉각 곡선을 온도-점도 관계 그래프로 도시한 것이고, 도 3b는 폴리머의 열처리 온도에 따라 폴리머가 리플로우(reflow) 되는 정도를 개략적으로 도시한 모식도이다.FIG. 3A illustrates a temperature-viscosity relationship graph of a heat-cooling curve during heat treatment of PMMA according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B schematically illustrates the degree of reflow of the polymer according to the heat treatment temperature of the polymer. It is a schematic diagram as shown.
먼저 도 3a를 참조하면, 도 3a의 그래프는 PMMA를 상기 폴리머(22)의 일례로 도시하였다. 도 3a의 그래프에 따르면, 상온에서 가열함에 따라 PMMA의 점도가 감소하다가, 임의의 극소점(T1) 이상의 온도 범위에서는 가열함에 따라 PMMA의 점도가 다시 증가한다. 상기 극소점(T1)을 최소 점도 온도(minimum viscosity temperature, T1)라 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 일반적으로 PMMA는 다른 조건이 일정한 경우 온도가 높아짐에 따라 점도가 낮아지게 된다. 그러나, 최소 점도 온도(T1) 이상의 온도에서는 고분자화가 가속되어 폴리머 체인의 길이가 길어지게 되고, 이로 인해 PMMA의 평균 분자량이 커져 점도가 급격하게 증가하게 된다. 따라서 PMMA의 가열 곡선은 도 3a에 도시된 바와 같이 나타난다. 이때, 상기 PMMA를 소정 온도까지 가열한 후 다시 냉각하면, PMMA의 평균 분자량이 가열 전과 달라져 가열 전의 점도보다 더 큰 점도를 가지면서 냉각된다. 또한, 도 3a에 도시되듯이, 상기 PMMA가 가열되는 소정 온도에 따라 다른 점도 경로를 따라 냉각된다. 예컨대, 상기 소정 온도가 100℃인 경우 냉각 곡선은 C1과 같고, 상기 소정 온도가 130℃인 경우 냉각 곡선은 C2와 같으며, 상기 소정 온도가 160℃인 경우 냉각 곡선은 C3와 같다. 즉, 가열되는 온도에 따라 다른 추이의 냉각 곡선을 갖고, 이는 곧 다른 점도를 갖으면서 냉각되는 것을 의미한다. 이러한 가열-냉각 곡선의 형태는 PMMA에 한정되지 않으며 다양한 폴리머에 적용될 수 있다.Referring first to FIG. 3A, the graph of FIG. 3A shows PMMA as an example of the
다음 도 3b를 참조하면, 열처리시 가열 온도에 따라 폴리머의 점도가 달라지게 되고, 이에 따라 폴리머가 리플로우되는 정도가 달라지므로, 열처리시 가열 온도를 다양하게 하여 나노 패턴의 형상(N1, N2, N3, N4)을 다양하게 도출할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 점도가 낮을수록 리플로우의 정도가 커지고, 점도가 높을수록 리플로우의 정도가 작아진다. 예컨대, 상기 폴리머가 PMMA인 경우, 100℃에서 냉각되었을 때 160℃에서 냉각되었을 때보다 점도가 더 작고, 리플로우 되는 정도는 더 커지게 되므로, 100℃에서 냉각된 경우 나노 패턴의 요부는 N4와 유사해지고, 160℃에서 냉각된 경우 나노 패턴의 요부는 N2와 유사해질 수 있다. 이때, 가열된 폴리머를 급랭하는 경우, 상술한 바와 같은 리플로우가 일어나지 않게 되어 상기 폴리머의 형상 변화가 거의 일어나지 않을 수 있다.Next, referring to FIG. 3B, since the viscosity of the polymer is changed according to the heating temperature during heat treatment, and thus the degree of reflow of the polymer is changed, the shape of the nano-pattern (N1, N2, N3, N4) can be derived in various ways. As shown in FIG. 3B, the lower the viscosity, the greater the degree of reflow, and the higher the viscosity, the smaller the degree of reflow. For example, when the polymer is PMMA, when cooled at 100 ° C., the viscosity is smaller than when cooled at 160 ° C., and the reflow rate is greater. Similar, and when cooled at 160 ° C., the recessed portion of the nanopattern can be similar to N2. In this case, when the heated polymer is quenched, reflow as described above may not occur, and thus the shape change of the polymer may hardly occur.
다시 도 1c를 참조하면, 도 2, 도 3a, 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 상기 예비 나노 패턴 형상이 변화되어 제2 나노 패턴(23a)을 형성한다. 이에 따라, 상기 제2 나노 패턴(23a)을 갖는 나노 임프린트 몰드층(23)이 형성된다.Referring back to FIG. 1C, as described with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B, the shape of the preliminary nanopattern is changed to form the
다음으로, 도 1d를 참조하면, 상기 마스터 템플릿(11)을 상기 나노 임프린트 몰드층(23)으로부터 분리하면 나노 임프린트 몰드(20)가 제공된다.Next, referring to FIG. 1D, when the
본 발명의 일 실시예와 같이 나노 패턴의 형상을 변화시켜 나노 임프린트 몰드를 제조하는 경우, 하나의 형상을 갖는 마스터 템플릿을 이용하여 다양한 형상의 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 몰드를 제조할 수 있어 반복적인 공정 수행을 방지하고, 공정을 단순화할 수 있으며, 공정 단가를 낮출 수 있다.When the nanoimprint mold is manufactured by changing the shape of the nanopattern as in the exemplary embodiment of the present invention, a nanoimprint mold having a nanopattern of various shapes may be manufactured by using a master template having a single shape and thus repetitive. The process can be prevented, the process can be simplified, and the cost of the process can be reduced.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법에 의해 형성되는 다양한 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 몰드를 설명하기 위한 단면도들이다.4 is a cross-sectional view illustrating a nano imprint mold having various nano patterns formed by a method for manufacturing a nano imprint mold according to an embodiment of the present invention.
도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따라 하나의 마스터 템플릿을 이용하여 동일한 예비 나노 패턴을 형성하고, 열처리 조건을 달리하여 예비 나노 패턴의 형상을 다양하게 변형시킴으로써, 제2 나노 패턴들(231a, 233a, 235a)을 갖는 나노 임프린트 몰드층(231, 233, 235)이 형성될 수 있다. Referring to (a) to (c) of Figure 4, according to the embodiments of the present invention by using a single master template to form the same preliminary nano-pattern, by varying the heat treatment conditions various shapes of the preliminary nano-pattern By deforming, the nanoimprint mold layers 231, 233, and 235 having the
예컨대, 가열 온도를 조절하여 냉각 동안 점도를 다르게 함으로써, 상대적으로 리플로우를 많이 발생시켜 도 4 (a)와 같은 반구형의 오목한 제2 나노 패턴(231a)이 형성될 수도 있으며, 이와 달리, 리플로우를 적게 발생시켜 도 4 (c)와 같은 실린더 형상의 제2 나노 패턴(235a)이 형성될 수도 있다. For example, by varying the viscosity during cooling by adjusting the heating temperature, a relatively high reflow may be generated to form a semispherical concave
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조 방법에 따라 다양한 나노 패턴(231a, 233a, 235a)을 갖는 나노 임프린트 몰드가 제공된다. 다만, 본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드의 나노 패턴 형상은 도 4에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상이 가능하다.As such, according to the nanoimprint mold manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a nanoimprint mold having various nanopatterns 231a, 233a, and 235a is provided. However, the nano pattern shape of the nano imprint mold according to the present invention is not limited to that shown in FIG. 4, and various shapes are possible.
도 5a 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5A through 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도 5a를 참조하면, 기판(31) 상에 하부 반도체층(33), 활성층(35), 및 상부 반도체층(37)을 포함하는 에피층들을 성장시켜 발광 구조체(30)를 형성하고, 상기 발광 구조체(30) 상에 레지스트(42)를 도포한다. 상기 에피층들(33, 35, 37)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE와 같은 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 하부 반도체층(33)을 성장시키기 전에 버퍼층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 하부 반도체층(33)과 상기 상부 반도체층(37)은 서로 다른 도전형으로, 예컨대, 하부 반도체층(33)은 n형 도전형 반도체층이고 상부 반도체층(37)은 p형 도전형 반도체층일 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다. 상기 레지스트(42)는 스핀 코팅하여 도포 될 수 있고, 또는 바 코팅, 닥터 블레이드로 코팅될 수도 있다.First, referring to FIG. 5A, an epitaxial layer including a
상기 레지스트(42)를 도포하기 전에, 상기 발광 구조체(30)를 메사 식각하여 상기 하부 반도체층(33)의 일부 영역을 노출시킬 수 있다. 상기 발광 구조체(30)는 사진 및 식각 공정을 통해 패터닝될 수 있다. Before applying the resist 42, a portion of the
상기 레지스트(42)를 도포하기 전 및 상기 발광 구조체(30) 메사 식각 후, 상기 발광 구조체(30)의 메사 상에, 즉, 상기 상부 반도체층(37) 상에 투명 전극(39)이 형성될 수 있다. 상기 투명 전극(39)은 전자빔 증발(e-beam evaporation), 스퍼터링, 열 증착 공정을 통해서 형성될 수 있다. 이때, 상기 투명 전극(39)은 ITO, ZnO, 및 IZO에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있고, 약 100~500nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 투명 전극(19)은 상기 상부 반도체층(15)에 오믹 컨택될 수 있다.Before applying the resist 42 and after the mesa etching of the
상기 투명 전극(19)은 예컨대 리프트 오프 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 메사 식각 후에 투명 전극(19)을 형성하는 것으로 설명하지만, 메사 식각 전에 투명 전극(19)을 먼저 형성할 수도 있다.The transparent electrode 19 may be formed using, for example, a lift off process. In the present embodiment, the transparent electrode 19 is formed after mesa etching, but the transparent electrode 19 may be formed first before the mesa etching.
도 5b를 참조하면, 상기 발광 구조체(30) 상에 도포된 레지스트(42) 상에 상기 나노 임프린트 몰드(20)의 제2 나노 패턴(21a)이 대응되도록 상기 나노 임프린트 몰드(20)를 배치하여 제2 나노 패턴(21a)을 상기 레지스트(42)에 임프린트하고, 상기 레지스트(42)를 경화하여 상기 제2 나노 패턴(21a)에 상응하는 나노 패턴(41a)을 갖는 나노 임프린트 레지스트층(41)을 형성한다. 상기 나노 임프린트 몰드(20)를 상기 레지스트(42) 상에 배치하기 전에, 대응되는 면에 접착방지(Anti-adhesion)처리 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5B, the
상기 레지스트(42)는 UV 경화성 폴리머로 형성될 수 있고, 예컨대 PUA로 형성될 수 있다. 상기 레지스트(42)는 임의의 파장을 갖는 UV를 소정의 시간동안 노광하여 경화될 수 있고, 예를 들어, 320nm~380nm의 파장을 갖는 UV를 10분 이상 노광하여 경화될 수 있다. 또한, 상기 레지스트(42)가 경화되는 동안, 상기 나노 임프린트 몰드(20)를 상기 레지스트(42)에 대하여 1~3bar의 압력으로 가압할 수 있으나, 제한되는 것은 아니다.The resist 42 may be formed of a UV curable polymer, for example, PUA. The resist 42 may be cured by exposing UV having an arbitrary wavelength for a predetermined time. For example, the resist 42 may be cured by exposing UV having a wavelength of 320 nm to 380 nm to 10 minutes or more. In addition, while the resist 42 is cured, the
도 5c를 참조하면, 상기 나노 임프린트 몰드(20)를 상기 나노 임프린트 레지스트층(41)으로부터 분리한다.Referring to FIG. 5C, the
도 6을 참조하면, 도 5c에 도시된 바와 같은 발광 다이오드의 상기 나노 임프린트 레지스트층(41)의 일부 영역을 사진 및 식각 공정을 이용하여 패터닝한다. 패터닝을 통해서 노출 영역을 형성할 수 있고, 상기 노출 영역을 통하여 상기 투명 전극(39) 및 상기 하부 반도체층(33)이 노출될 수 있다. 상기 광 추출 구조체(20)는 건식 및/또는 습식 식각 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다. 발광 구조체(10)를 손상시키지 않기 위해 습식 식각 공정이 선호된다. 이후, 투명 전극(39) 상에 위치하는 제1 전극(51) 및 상기 하부 반도체층(33)이 노출된 영역 상에 위치하는 제2 전극(53)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 전극(51)은 상부 반도체층(37)에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극(53)은 상기 하부 반도체층(33)에 전기적으로 접속된다. 상기 전극들(51, 53)이 형성되면 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드가 제공된다.Referring to FIG. 6, a portion of the nanoimprint resist
상기 나노 임프린트 몰드(20)를 이용하여 발광 다이오드 상부에 제2 나노 패턴(23a)을 전사함으로써, 내부 전반사를 감소시켜 광 추출 효율이 개선되고, 신뢰성이 향상된 발광 다이오드의 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.By transferring the second nano-
본 실시예에 있어서, 나노 임프린트 레지스트층(41)이 수평형 구조의 발광 다이오드 상에 형성된 것을 도시 및 설명하였으나 수직형 구조의 발광 다이오드에도 적용될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the nanoimprint resist
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 나노 임프린트 몰드 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 사진 또는 그래프이다.7 to 9 are photographs or graphs for explaining a nano imprint mold and a light emitting diode manufactured using the same according to an experimental example of the present invention.
본 실험예에서는, PUA로 형성된 마스터 템플릿을 사용하였고, 상기 마스터 템플릿은 원기둥 형상으로 된 지름 230nm, 피치 400nm, 높이 200nm의 나노 패턴을 갖는다. 베이스 상에 PMMA를 도포한 후, 상기 마스터 템플릿을 PMMA에 대향하여 배치하고, 열처리를 하여 PMMA로 형성된 나노 임프린트 몰드를 제조하였다. 이때, 상기 열처리는 100mTorr 이하의 진공 분위기에서 수행되었고, 마스터 템플릿으로 PMMA에 가압된 압력은 3bar였다. 열처리는, 소정 온도까지 PMMA를 10분간 가열하고, 이후 10분간 소정 온도를 유지하고, 이후에 상기 가열된 PMMA를 자연 냉각시키는 것으로 수행되었다. 상기 소정 온도는 30℃, 100℃, 130℃, 160℃로 총 네 가지의 나노 패턴 형상을 갖는 나노 임프린트 몰드((a), (b), (c), (d))를 제조하였다.In the present experimental example, a master template formed of PUA was used, and the master template has a cylindrical pattern of 230 nm in diameter, 400 nm in pitch, and 200 nm in height. After applying PMMA on the base, the master template was placed opposite the PMMA, and heat treated to prepare a nanoimprint mold formed of PMMA. At this time, the heat treatment was performed in a vacuum atmosphere of 100mTorr or less, the pressure pressurized to PMMA as a master template was 3bar. The heat treatment was performed by heating the PMMA to a predetermined temperature for 10 minutes, then maintaining the predetermined temperature for 10 minutes, and then naturally cooling the heated PMMA. The predetermined temperatures were 30 ° C., 100 ° C., 130 ° C., and 160 ° C. to prepare nanoimprint molds (a), (b), (c), and (d) having a total of four nanopattern shapes.
이후, 기판 상에 발광 구조체를 형성하고, 메사 식각 후 메사 구조 상에 투명 전극을 형성한 후, 상기 발광 구조체 상에 PUA를 스핀 코팅 방법으로 도포하였다. 상기와 같은 조건으로 제조된 상기 발광 구조체 4개를 준비한 후, 각각의 PUA상에 미리 제조된 나노 임프린트 몰드 (a), (b), (c), (d)의 나노 패턴이 전사되도록 상기 나노 임프린트 몰드들을 각각의 PUA상에 배치했다. 이때, 나노 임프린트 몰드들과 PUA가 접촉되는 면에는 접착방지 처리를 하였다. 그 후, 300nm의 파장을 갖는 UV를 20W/cm2의 세기로 약 20분간 노광하여 PUA를 경화시켜 발광 다이오드 (A), (B), (C), (D)를 완성하였다.Thereafter, a light emitting structure was formed on the substrate, a transparent electrode was formed on the mesa structure after mesa etching, and then PUA was applied on the light emitting structure by spin coating. After preparing the four light emitting structures prepared under the above conditions, the nano pattern of the nanoimprint molds (a), (b), (c) and (d) prepared in advance on each PUA is transferred Imprint molds were placed on each PUA. At this time, the surface of the nanoimprint molds and the PUA is in contact with the adhesion preventing treatment. Thereafter, UV having a wavelength of 300 nm was exposed for about 20 minutes at an intensity of 20 W / cm 2 to cure the PUA to complete the light emitting diodes (A), (B), (C) and (D).
도 7을 참조하면, 사진 (a) 내지 (d)는 각각 30℃, 100℃, 130℃, 160℃로 가열한 후 냉각하여 제조한 나노 임프린트 몰드 (a), (b), (c), (d)의 표면 형상을 보여준다. 특히, 나노 임프린트 몰드 (a)의 경우, 가열 온도가 낮아 표면 형상의 변화가 나타나지 않았다. 또한, 160℃로 가열한 후 냉각하여 제조한 나노 임프린트 몰드 (d)는 다른 나노 임프린트 몰드들에 비해 상대적으로 예비 나노 패턴의 형상을 유지하였다. 도 7의 사진들에서 보는 바와 같이, 열처리시 가열된 온도에 따라 각각의 나노 패턴 형상이 다르게 형성되는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 나노 임프린트 몰드 (a)의 경우 나노 패턴이 거의 형성되지 않았고, 나노 임프린트 몰드 (b)의 경우 반구형의 나노 패턴이 형성되었고, 나노 임프린트 몰드 (c)의 경우 피라미드형의 나노 패턴이 형성되었으며, 나노 임프린트 몰드 (d)의 경우 실린더형의 나노 패턴이 형성되었다. 본 실험예에 따르면, 하나의 마스터 템플릿으로 다양한 형상의 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 몰드를 제조할 수 있었다.Referring to FIG. 7, photographs (a) to (d) are nanoimprint molds (a), (b), and (c) prepared by heating to 30 ° C., 100 ° C., 130 ° C., and 160 ° C., respectively, and then cooling them. The surface shape of (d) is shown. In particular, in the case of the nanoimprint mold (a), the heating temperature was low and no change in the surface shape was observed. In addition, the nano imprint mold (d) prepared by heating to 160 ° C. and then cooling maintained the shape of the preliminary nano pattern relatively compared to other nano imprint molds. As shown in the photographs of Figure 7, it can be seen that each nano-pattern shape is formed differently according to the heated temperature during the heat treatment. Specifically, in the case of the nano imprint mold (a), almost no nano pattern was formed, in the case of the nano imprint mold (b), a hemispherical nano pattern was formed, and in the case of the nano imprint mold (c), a pyramidal nano pattern was formed. In the case of the nano imprint mold (d), a cylindrical nano pattern was formed. According to this experimental example, it was possible to manufacture a nano imprint mold having a nano pattern of various shapes with one master template.
도 8을 참조하면, 사진 (A) 내지 (D)는 각각 나노 임프린트 몰드 (a), (b), (c), (d)로 패턴이 전사된 발광 다이오드 (A) 내지 (D) 각각의 PUA층 표면 형상을 보여준다. 도 8의 사진들에서 보는 바와 같이, 나노 임프린트 몰드의 나노 패턴 형상에 따라 다양한 표면 형상을 갖는 발광 다이오드들이 제조되었다.Referring to FIG. 8, the photographs (A) to (D) of the light emitting diodes (A) to (D) each having a pattern transferred to the nanoimprint molds (a), (b), (c), and (d), respectively. The PUA layer surface shape is shown. As shown in the photographs of FIG. 8, light emitting diodes having various surface shapes were manufactured according to the nano pattern shape of the nano imprint mold.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 9는 투명 전극(ITO)만 존재하는 발광 다이오드 및 발광 다이오드 (A) 내지 (D)의 광 특성의 차이를 상대값(arbitary unit, a.u.)으로 나타낸 그래프이다. 도 9에서 보는 바와 같이, 발광 다이오드 (B) 내지 (D)는 투명 전극만 존재하는 발광 다이오드 및 발광 다이오드 (A)에 비하여 전기발광 강도(EL intensity) 및 복사선속(radiant flux) 모두 개선된 것을 알 수 있다. 비교적으로 나노 임프린트 몰드 (b)로부터 나노 패턴이 전사된 발광 다이오드 (B)의 광 특성이 가장 효율적으로 나타났다. 이는 나노 패턴의 형상의 차이로부터 연유한 것으로 판단된다.Referring to (a) and (b) of FIG. 9, FIG. 9 illustrates a difference between light emitting diodes having only a transparent electrode (ITO) and optical characteristics of light emitting diodes (A) to (D). Is a graph. As shown in FIG. 9, the light emitting diodes (B) to (D) have improved in both the EL intensity and the radiant flux compared to the light emitting diode and the light emitting diode (A) in which only transparent electrodes exist. Able to know. In comparison, the optical properties of the light emitting diodes B, in which the nanopatterns were transferred from the nanoimprint molds b, were shown to be most efficient. This is considered to be derived from the difference in the shape of the nano-pattern.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들, 실험예 및 특징들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들, 실험예 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
In the above, various embodiments, experimental examples, and features of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the various embodiments, experimental examples, and features described above, and according to the claims of the present invention. Various modifications and changes can be made without departing from the technical spirit.
Claims (18)
제1 나노 패턴을 갖는 마스터 템플릿을 이용하여 상기 제1 나노 패턴을 상기 폴리머에 임프린트하여 상기 제1 나노 패턴에 상응하는 예비 나노 패턴을 형성하고,
상기 예비 나노 패턴의 형상을 변화시켜 제2 나노 패턴을 형성하는 것을 포함하는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.Apply polymer on the base,
Imprinting the first nanopattern on the polymer using a master template having a first nanopattern to form a preliminary nanopattern corresponding to the first nanopattern,
Forming a second nano-pattern by changing the shape of the preliminary nano-pattern to form a nanoimprint mold.
상기 예비 나노 패턴 형상을 변화시키는 것은 열처리를 이용하여 수행되는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 1,
Changing the preliminary nano pattern shape is performed using a heat treatment nano imprint mold manufacturing method.
상기 열처리는,
상기 폴리머가 소정 온도가 되도록 상기 폴리머를 가열하고,
상기 가열된 폴리머를 상기 소정 온도에서 소정 시간동안 유지하고,
상기 가열된 폴리머를 냉각하는 것을 포함하는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 2,
The heat-
Heat the polymer so that the polymer is at a predetermined temperature,
Maintaining the heated polymer at the predetermined temperature for a predetermined time,
10. A method of manufacturing a nano imprint mold comprising cooling the heated polymer.
상기 폴리머를 상기 소정 온도로 가열하는 동안 상기 마스터 템플릿을 상기 폴리머에 대하여 가압하고,
상기 가열된 폴리머를 냉각하는 것은 상기 가압하는 것이 중지된 후에 수행되는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 3,
Pressurizing the master template against the polymer while heating the polymer to the predetermined temperature,
Cooling the heated polymer is performed after the pressurization is stopped.
상기 가열된 폴리머를 냉각하는 것은 상기 가압하는 것을 중지한 직후에 수행되는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method of claim 4,
Cooling the heated polymer is performed immediately after stopping the pressurizing.
냉각 후에 상기 마스터 템플릿을 상기 폴리머로부터 분리하는 것을 더 포함하는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 3,
Separating the master template from the polymer after cooling.
상기 소정 온도는 상온보다 높고 상기 폴리머의 끓는점보다 낮은 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 3,
Wherein said predetermined temperature is higher than room temperature and lower than the boiling point of said polymer.
상기 소정 온도는 최소 점도 온도(minimum viscosity temperature)보다 낮은 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method of claim 7,
And said predetermined temperature is lower than a minimum viscosity temperature.
상기 냉각하는 것은 자연 냉각(natural cooling)하는 것인 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 3,
The cooling is a method of manufacturing a nano imprint mold is natural cooling.
상기 폴리머는 1~3 바(bar)의 범위 내의 압력으로 가압되는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 3,
The polymer is a method of manufacturing a nano imprint mold is pressurized to a pressure in the range of 1-3 bar.
상기 예비 나노 패턴 형상을 변화시키는 것은 100 mTorr 이하의 진공 분위기에서 수행되는 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 1,
Changing the preliminary nanopattern shape is performed in a vacuum atmosphere of 100 mTorr or less.
상기 마스터 템플릿은 PUA, PDMS 또는 PMMA로 형성된 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 1,
The master template is a nano imprint mold manufacturing method formed of PUA, PDMS or PMMA.
상기 폴리머는 열에 의해 경화되는 폴리머인 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 1,
And said polymer is a polymer that is cured by heat.
상기 폴리머는 PMMA, PDMS 또는 포토 레지스트인 나노 임프린트 몰드 제조 방법.The method according to claim 13,
Wherein said polymer is PMMA, PDMS or photoresist.
상기 발광 구조체 상에 나노 패턴을 갖는 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 것을 포함하되,
상기 나노 패턴은, 청구항 1 내지 14중 어느 한 항에 따라 제조된 나노 임프린트 몰드를 이용하여 전사된 발광 다이오드 제조 방법.Forming a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer on the substrate,
Forming a nano imprint resist layer having a nano pattern on the light emitting structure,
The nano pattern is a light emitting diode manufacturing method transferred using a nano imprint mold prepared according to any one of claims 1 to 14.
상기 나노 패턴을 상기 나노 임프린트 레지스트층 상에 전사하는 것은,
상기 발광 구조체 상에 레지스트를 도포하고,
상기 나노 임프린트 몰드를 상기 레지스트에 대하여 가압하고,
상기 레지스트를 경화하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.18. The method of claim 16,
Transferring the nano pattern on the nano imprint resist layer,
Applying a resist on the light emitting structure,
Pressurizing the nanoimprint mold against the resist,
A method of manufacturing a light emitting diode comprising curing the resist.
상기 레지스트는 UV 경화성 폴리머로 형성된 발광 다이오드 제조 방법.18. The method of claim 17,
The resist is a light emitting diode manufacturing method formed of a UV curable polymer.
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