KR20170091406A

KR20170091406A - 양자점 플라즈모닉 필름 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170091406A
Application number: KR1020160012389A
Authority: KR
Inventors: 이지혜; 정준호; 정주연; 전소희; 최대근; 최준혁; 이응숙; 정소희
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-09

Abstract

양자점 플라즈모닉 필름과 이의 제조 방법을 제공한다. 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법은, 고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 단계와, 임프린트 몰드로 기재 필름을 가압하여 기재 필름의 일면에 나노미터 크기의 오목 패턴을 형성하는 단계와, 기재 필름의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 오목 패턴 내부에 위치하는 제1 금속층 및 오목 패턴 사이에 위치하는 제2 금속층을 형성하는 단계와, 제2 금속층을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

양자점 플라즈모닉 필름 및 이의 제조 방법 {QUANTUM DOT PLASMONIC FILM AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 양자점 플라즈모닉 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 임프린트 기술이 적용된 양자점 플라즈모닉 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

물질의 크기가 나노미터 단위로 줄어들 경우 전기적, 광학적 성질이 크게 변하는 반도체 나노 입자를 양자점(quantum dot)이라 한다. 양자점은 물질 종류의 변화 없이도 입자 크기별로 다른 길이의 빛 파장이 발생되어 다양한 색을 낼 수 있으며, 기존 발광체보다 색 순도와 광 안정성이 높은 장점이 있다.

양자점은 디스플레이 또는 발광장치의 파장 변조 필름 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 특정 에너지 밴드 갭을 갖도록 제어된 양자점을 구비한 파장 변조 필름이 자외선을 가시광선으로 변조하는 용도로 사용될 수 있다.

본 발명은 발광 세기를 개선함과 아울러 제조 비용을 낮추고 생산성을 높일 수 있는 양자점 플라즈모닉 필름 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법은, 고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 단계와, 임프린트 몰드로 기재 필름을 가압하여 기재 필름의 일면에 나노미터 크기의 오목 패턴을 형성하는 단계와, 기재 필름의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 오목 패턴 내부에 위치하는 제1 금속층 및 오목 패턴 사이에 위치하는 제2 금속층을 형성하는 단계와, 제2 금속층을 제거하는 단계를 포함한다.

기재 필름은 양자점 물질과 열가소성 수지를 혼합하고, 복수의 양자점이 분산된 열가소성 수지를 제1 기판 위에 코팅하는 방법으로 제조될 수 있다. 기재 필름은 제1 기판으로부터 분리되거나 제1 기판에 접착된 상태로 사용될 수 있다.

금속을 증착하는 단계에서, 금속의 증착 방향은 기재 필름의 법선 방향과 일치하거나 법선 방향에 대해 기울어진 한 개의 방향일 수 있고, 제1 금속층과 제2 금속층은 이격될 수 있다. 다른 한편으로, 금속의 증착 방향은 기재 필름의 법선 방향에 대해 기울어진 두 개 이상의 방향일 수 있고, 제1 금속층과 제2 금속층은 서로 접할 수 있다.

제2 금속층을 제거하는 단계에서, 일면에 접착층이 형성된 제2 기판이 준비될 수 있고, 제2 기판은 접착층이 제2 금속층과 접하도록 기재 필름 위에 적층될 수 있으며, 자중 또는 외력에 의해 기재 필름을 가압한 후 기재 필름으로부터 분리될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법은, 고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 단계와, 나노미터 크기의 돌출 패턴이 형성된 임프린트 몰드의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 돌출 패턴 상에 제3 금속층을 형성하는 단계와, 제3 금속층을 기재 필름의 일면에 전사하는 단계를 포함한다.

기재 필름의 일면에 접착층이 형성될 수 있고, 제3 금속층은 접착층 위로 전사될 수 있다. 임프린트 몰드는 제3 기판과, 제3 기판의 일면에 형성된 고분자 수지층을 포함할 수 있다. 고분자 수지층은 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 나노 임프린트 공정에 의해 돌출 패턴을 형성할 수 있다.

금속을 증착하는 단계에서, 금속의 증착 방향은 임프린트 몰드의 법선 방향과 일치하거나 법선 방향에 대해 기울어진 한 개의 방향일 수 있고, 돌출 패턴 사이에 제3 금속층과 이격된 제4 금속층이 형성될 수 있다.

제3 금속층을 전사하는 단계에서, 임프린트 몰드는 제3 금속층이 기재 필름을 향하도록 기재 필름 위에 적층되고, 자중 또는 외력에 의해 기재 필름을 가압한 후 기재 필름으로부터 분리될 수 있다.

제3 금속층을 형성하는 단계에서, 기재 필름은 압력에 의해 변형되어 돌출 패턴에 대응하는 오목 패턴을 형성할 수 있으며, 제3 금속층은 오목 패턴마다 오목 패턴의 바닥에 형성될 수 있다. 오목 패턴의 깊이는 돌출 패턴 높이보다 작을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름은 기재 필름과 나노 금속패턴을 포함한다. 기재 필름은 고분자 수지와, 고분자 수지에 분산되어 여기광을 파장 변환하는 복수의 양자점을 포함한다. 나노 금속패턴은 기재 필름의 일면에 서로간 거리를 두고 나노미터 크기로 패턴화되며 표면 플라즈몬 현상에 의해 빛을 증폭한다.

나노 금속패턴의 두께는 5nm 내지 80nm일 수 있다. 나노 금속패턴은 원형, 다각형, 줄무늬, 원형 개구를 형성하는 메쉬형, 및 다각형 개구를 형성하는 메쉬형 중 어느 하나의 모양을 가지며 주기적인 패턴 또는 무작위 패턴으로 형성될 수 있다.

기재 필름의 일면에 서로간 거리를 두고 나노미터 크기로 패턴화된 오목 패턴이 형성될 수 있으며, 나노 금속패턴은 오목 패턴마다 오목 패턴 내부에 위치할 수 있다.

본 발명에 의한 양자점 플라즈모닉 필름은 나노미터 크기로 패턴화된 나노 금속패턴에 의해 여기원에 대한 적정 투과율을 확보하면서 광 세기를 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 리프트-오프(lift-off), 건식 식각(dry etching)과 같은 고가의 복잡한 공정을 적용하지 않고 나노 금속패턴을 형성함에 따라, 공정 비용을 낮추고 생산성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2a는 도 1에 도시한 제1 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.
도 2b는 도 1에 도시한 제2 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.
도 2c와 도 2d는 도 1에 도시한 제2 단계의 기재 필름을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2e와 도 2f는 도 1에 도시한 제3 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.
도 2g와 도 2h는 도 1에 도시한 제4 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.
도 2i와 도 2j는 제1 실시예의 방법으로 제조된 양자점 플라즈모닉 필름의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4a는 도 3에 도시한 제1 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.
도 4b는 도 3에 도시한 제2 단계의 임프린트 몰드를 나타낸 개략도이다.
도 4c와 도 4d는 도 3에 도시한 제3 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.
도 5는 비교예의 양자점 플라즈모닉 필름과 실시예 1, 2에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 발광 세기를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5의 그래프에서 비교예의 발광 세기를 100으로 가정할 때 실시예 1, 2의 발광 세기 비율을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 1을 참고하면, 제1 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법은, 고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 제1 단계(S10)와, 임프린트 몰드로 기재 필름을 가압하여 기재 필름의 일면에 나노미터 크기의 오목 패턴을 형성하는 제2 단계(S20)와, 기재 필름의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 오목 패턴 내부에 위치하는 제1 금속층 및 오목 패턴 사이에 위치하는 제2 금속층을 형성하는 제3 단계(S30)와, 제2 금속층을 선택적으로 제거하는 제4 단계(S40)를 포함한다.

도 2a는 도 1에 도시한 제1 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.

도 2a를 참고하면, 제1 단계(S10)에서 기재 필름(10)은 고분자 수지(11)와, 고분자 수지(11)에 분산된 복수의 양자점(12)을 포함한다. 양자점(12)은 나노미터 크기의 반도체 물질로서 양자제한 효과를 나타내며, '나노 형광체'로 지칭될 수 있다.

양자점(12)은 여기원으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 자신의 에너지 밴드 갭에 해당하는 에너지를 방출함으로써 여기원의 빛(여기광)을 파장 변환(변조)시킨다. 여기원은 양자점 플라즈모닉 필름이 적용되는 장치의 발광원으로서, 예를 들어 자외선 램프이거나 발광 다이오드(LED)일 수 있다.

양자점 플라즈모닉 필름은 양자점(12)의 물질 조성과 입자 크기를 변화시킴으로써 양자점의 에너지 밴드 갭을 조절할 수 있고, 여기원의 파장에 대해 원하는 파장 변조를 실현할 수 있다. 양자점(12)은 Si계 나노결정, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노결정, 및 이들의 혼합물과 복합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, 및 HgZnSTe 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

고분자 수지(11)는 상온에서 단단하지만 열을 가하면 유연해져 쉽게 변형(가공)될 수 있는 열가소성 수지일 수 있다.

예를 들어, 고분자 수지(11)는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane), PDMS), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC), 및 폴리에테르술폰(poly ether sulfone, PES) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

제1 단계(S10)에서, 기재 필름(10)은 양자점 물질과 열가소성 수지를 혼합하고, 복수의 양자점(12)이 분산된 열가소성 수지를 제1 기판(20) 위에 코팅하는 방법으로 제조될 수 있다.

제1 기판(20)은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄 아크릴레이트(poly(urethane acrylate), PUA), 사이클릭 올레핀 코폴리머(COC) 중 어느 하나일 수 있다. 제1 기판(20) 위에 열가소성 수지를 코팅하기 전, 제1 기판(20) 위에 프라이머(도시하지 않음)를 코팅하여 열가소성 수지의 접착력을 높일 수 있다.

열가소성 수지를 제1 기판(20) 위에 코팅할 때 스핀 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 스크린 코팅, 분무 코팅, 스핀 캐스팅, 흐름 코팅, 스크린 인쇄, 잉크젯, 드롭 캐스팅 중 어느 하나의 방법이 적용될 수 있다.

기재 필름(10)은 제1 기판(20)으로부터 분리되거나, 제1 기판(20)에 접착된 상태로 사용될 수 있다. 즉, 양자점 플라즈모닉 필름은 기재 필름(10)만 포함하거나, 제1 기판(20)과 기재 필름(10)을 모두 포함할 수 있다.

도 2b는 도 1에 도시한 제2 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.

도 2b를 참고하면, 제2 단계(S20)에서 나노미터 크기의 돌출 패턴(31)이 형성된 임프린트 몰드(30)가 준비된다. 임프린트 몰드(30)는 돌출 패턴(31)이 기재 필름(10)과 접하도록 기재 필름(10) 위에 적층되며, 고온 분위기에서 기재 필름(10)을 가압한다. 그러면 열에 의해 유동성이 증가한 기재 필름(10)의 일면에 돌출 패턴(31)에 대응하는 오목 패턴(13)이 형성된다.

나노 임프린트 공정으로 형성된 오목 패턴(13)은 원형, 다각형, 줄무늬, 원형 개구를 형성하는 메쉬형, 및 다각형 개구를 형성하는 메쉬형 중 어느 하나의 모양으로 형성될 수 있으며, 주기적인 패턴 또는 무작위 패턴으로 형성될 수 있다. 오목 패턴(13) 하나의 크기와 깊이는 10nm 내지 800nm 범위에 속할 수 있고, 오목 패턴(13)의 주기는 20nm 내지 2,000nm 범위에 속할 수 있다.

기재 필름(10)의 오목 패턴(13)은 양자점 플라즈모닉 필름의 광 특성을 변화시키는 작용을 한다. 예를 들어, 오목 패턴(13)은 크기, 깊이, 모양, 주기 등에 따라 특정 색의 편차를 보정하고, 광 변조 효율을 높이는 기능을 할 수 있다.

도 2c와 도 2d는 도 1에 도시한 제2 단계의 기재 필름을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 2c와 도 2d에서 오목 패턴은 원형이고, 복수의 열을 이루며 규칙적인 형태로 배열된다. 오목 패턴 하나의 직경은 대략 260nm이고, 깊이는 대략 257nm이며, 이웃한 두 개의 오목 패턴간 거리는 대략 253nm이다.

도 2e와 도 2f는 도 1에 도시한 제3 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.

도 2e와 도 2f를 참고하면, 제3 단계(S30)에서 기재 필름(10)의 일면에 금속이 나노미터 두께로 증착되어 오목 패턴(13) 내부에 제1 금속층(14)이 형성되고, 오목 패턴(13) 사이에 제2 금속층(15)이 형성된다. 제1 및 제2 금속층(14, 15)은 오목 패턴(13)의 깊이보다 작은 두께로 형성되며, 대략 5nm 내지 80nm의 두께를 가질 수 있다.

금속을 증착할 때 증발 증착, 스퍼터링, 원자층 증착 중 어느 하나의 방법이 적용될 수 있다. 다른 한편으로, 금속 환원 반응을 이용한 잉크젯, 드롭 캐스팅, 및 분무 코팅 중 어느 하나의 방법이 적용될 수 있다. 제1 및 제2 금속층(14, 15)은 Al, Ti, TiN, Au, Ag, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Zr, Mo, Pd, Cd, In, Sn, Sb, W, Pt, Pb, Bi, Mg, Ca, V, Sc, Rh, Ru, Y, 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

금속을 증착하는 방식에 따라 제1 및 제2 금속층(14, 15)은 서로 접하거나 서로 이격될 수 있다. 금속이 증착되는 방향은 기재 필름(10)의 법선 방향과 일치하거나 법선 방향에 대해 기울어진 한 개의 방향일 수 있다. 도 2e에서는 금속의 증착 방향이 기재 필름(10)의 법선 방향과 일치하는 경우를 예로 들어 도시하였다. 제1 금속층(14)은 오목 패턴(13)의 바닥에 형성되며, 제2 금속층(15)과 분리되어 위치한다.

다른 한편으로, 도 2f에 도시한 바와 같이 금속의 증착 방향이 여러 방향, 예를 들어 기재 필름(10)의 법선 방향에 대해 기울어진 두 개 이상의 방향인 경우, 제1 금속층(14)은 오목 패턴(13)의 바닥과 측벽에 형성되며, 제2 금속층(15)과 접한다. 이 경우 제1 및 제2 금속층(14, 15)은 오목 패턴(13)의 굴곡을 따라 기재 필름(10)의 일면 전체를 덮는다.

도 2g와 도 2h는 도 1에 도시한 제4 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.

도 2g와 도 2h를 참고하면, 제4 단계(S40)에서 제2 금속층(15)이 선택적으로 제거된다. 이를 위해 일면에 접착층(41)이 형성된 제2 기판(40)이 준비되고, 제2 기판(40)은 접착층(41)이 제2 금속층(15)과 접하도록 기재 필름(10) 위에 적층되며, 자중 또는 외력에 의해 기재 필름(10)을 가압한 후 기재 필름(10)으로부터 분리될 수 있다.

제2 기판(40)은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 접착층(41)은 자외선 경화형 접착제, 아크릴 접착제, 및 에폭시 접착제 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 스핀 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 스크린 인쇄, 분무 코팅, 스핀 캐스팅, 흐름 코팅, 잉크젯, 드롭 캐스팅 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.

제2 금속층(15)은 제2 기판(40)이 기재 필름(10) 위에 적층될 때 접착층(41)에 접착되며, 기재 필름(10)으로부터 제2 기판(40)이 분리될 때 접착층(41)과 함께 기재 필름(10)으로부터 분리된다. 따라서 기재 필름(10)에는 제1 금속층(14)만 남고, 남은 제1 금속층들(14)이 나노 금속패턴(NMP)을 구성한다.

도 2g의 경우, 나노 금속패턴(NMP)은 오목 패턴(13)마다 오목 패턴(13)의 바닥에 형성되고, 도 2h의 경우, 나노 금속패턴(NMP)은 오목 패턴(13)마다 오목 패턴(13)의 바닥과 측벽에 형성된다. 두 경우 모두 나노 금속패턴(NMP)은 기재 필름(10)의 상면보다 낮게 위치한다.

도 2i와 도 2j는 전술한 제1 실시예의 방법으로 제조된 양자점 플라즈모닉 필름의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 2i와 도 2j에서 오목 패턴은 원형이고, 복수의 열을 이루며 규칙적인 형태로 배열된다. 각 오목 패턴 내부에 '금속'으로 표시된 나노 금속패턴(NMP)이 위치하는 것을 확인할 수 있다.

나노 금속패턴(NMP)은 기재 필름(10)과의 계면에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상에 의해 빛을 증폭시키는 작용을 한다. 플라즈몬은 금속 내의 자유 전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 의미한다. 따라서, 양자점 플라즈모닉 필름(100)에 여기원의 빛이 입사하면 유전체인 기재 필름(10)과 나노 금속패턴(NMP)의 계면에서 표면 플라즈몬 현상이 발생하여 발광 세기가 높아진다.

제1 실시예의 방법으로 제작된 양자점 플라즈모닉 필름(100)은 양자점(12)과 더불어 오목 패턴(13) 및 나노 금속패턴(NMP)을 포함한다. 양자점 플라즈모닉 필름(100)은 자외선 램프와 조합되어 자외선을 가시광선으로 변조하는데 사용되거나, 발광 다이오드(LED)와 조합되어 발광 다이오드의 색을 변조하는데 사용될 수 있다. 또한, 양자점 플라즈모닉 필름(100)은 적외선 센서, 자외선 센서, 바이오 센서, 광학 필터, 스마트 윈도우 등에 사용될 수 있다.

제1 실시예의 제조 방법에서 나노 금속패턴(NMP)이 기재 필름(10)의 일면 전체에 형성되지 않고 오목 패턴(13) 내부에만 형성됨에 따라, 양자점 플라즈모닉 필름(100)은 여기원에 대해 적정 투과율을 확보하면서 광 세기를 효과적으로 높일 수 있다.

또한, 제1 실시예의 제조 방법은 제2 금속층(15)을 제거하는 제4 단계(S40)에서, 종래의 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 리프트-오프(lift-off), 건식 식각(dry etching)과 같은 고가의 복잡한 분리 공정을 적용하지 않고 제2 기판(40)과 접착층(41)을 이용한 전사 공정을 적용한다.

종래의 분리 공정은 공정 비용이 높고, 생산성이 낮아 산업적인 이용에 한계가 있다. 그러나 제2 기판(40)과 접착층(41)을 이용한 전사 공정은 공정 비용이 낮고, 생산성이 높기 때문에 저비용 및 고효율로 양자점 플라즈모닉 필름(100)에 나노 금속패턴(NMP)을 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 3을 참고하면, 제2 실시예에 따른 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법은, 고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 제1 단계(S10)와, 돌출 패턴이 형성된 임프린트 몰드의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 돌출 패턴 상에 제3 금속층을 형성하는 제2 단계(S20)와, 제3 금속층을 기재 필름의 일면에 전사하는 제3 단계(S30)를 포함한다.

이하, 도 4a 내지 도 4d를 참고하여 제2 실시예의 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 다만, 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

도 4a는 도 3에 도시한 제1 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.

도 4a를 참고하면, 제1 단계(S10)에서 기재 필름(10)은 고분자 수지(11)와, 고분자 수지(11)에 분산된 복수의 양자점(12)을 포함한다. 기재 필름(10)은 제1 기판(20)과 접할 수 있으며, 기재 필름(10)의 일면에 접착층(16)이 형성될 수 있다.

접착층(16)은 자외선 경화형 접착제, 아크릴 접착제, 및 에폭시 접착제 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 스핀 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 스크린 인쇄, 분무 코팅, 스핀 캐스팅, 흐름 코팅, 잉크젯, 드롭 캐스팅 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.

도 4b는 도 3에 도시한 제2 단계의 임프린트 몰드를 나타낸 개략도이다.

도 4b를 참고하면, 제2 단계(S20)에서 나노미터 크기의 돌출 패턴(51)이 형성된 임프린트 몰드(50)가 준비된다. 돌출 패턴(51)은 원형, 다각형, 줄무늬, 원형 개구를 형성하는 메쉬형, 및 다각형 개구를 형성하는 메쉬형 중 어느 하나의 모양으로 형성될 수 있으며, 주기적인 패턴 또는 무작위 패턴으로 형성될 수 있다. 돌출 패턴(51) 하나의 크기는 10nm 내지 800nm 범위에 속할 수 있다.

임프린트 몰드(50)는 제3 기판(52)과, 제3 기판(52)의 일면에 형성된 고분자 수지층(53)으로 구성될 수 있다. 고분자 수지층(53)은 열가소성 수지로 형성될 수 있고, 나노 임프린트 공정에 의해 돌출 패턴(51)을 형성할 수 있다.

돌출 패턴(51)이 형성된 임프린트 몰드(50)의 일면에 금속이 나노미터 두께로 증착되어 돌출 패턴(51) 상에 제3 금속층(54)이 형성되고, 돌출 패턴(51) 사이에 제4 금속층(55)이 형성된다. 금속의 증착 방향은 임프린트 몰드(50)의 법선 방향과 일치하거나 법선 방향에 대해 기울어진 한 개의 방향일 수 있으며, 이 경우 제3 금속층(54)과 제4 금속층(55)은 서로 접하지 않고 이격된다. 제3 금속층(54)은 대략 5nm 내지 80nm의 두께를 가질 수 있다.

도 4c와 도 4d는 도 3에 도시한 제3 단계의 양자점 플라즈모닉 필름을 나타낸 개략도이다.

도 4c와 도 4d를 참고하면, 제3 단계(S30)에서 제3 금속층(54)은 기재 필름(10)으로 전사된다. 이를 위해 임프린트 몰드(50)는 제3 금속층(54)이 기재 필름(10)을 향하도록 기재 필름(10) 위에 적층되며, 자중 또는 외력에 의해 기재 필름(10)을 가압하고, 일정 시간 경과 후 기재 필름(10)으로부터 분리된다.

이러한 임프린트 몰드(50)의 적층에 의해 돌출 패턴(51) 상의 제3 금속층(54)은 기재 필름(10)으로 이동한다. 제1 단계(S10)에서 기재 필름 위에 접착층(16)(도 4a 참조)이 형성된 경우, 제3 금속층(54)은 접착층(16)에 부착되어 기재 필름(10)에 대한 전사 효율을 높일 수 있다. 기재 필름(10)으로 전사된 제3 금속층들(54)이 나노 금속패턴(NMP)을 구성한다.

임프린트 몰드(50)는 기재 필름(10)의 변형 없이 제3 금속층(54)이 기재 필름(10)으로 전사되기에 적당한 압력으로 기재 필름(10)을 가압하거나(도 4c 참고), 그 이상의 압력으로 기재 필름(10)을 가압하여 제3 금속층(54)의 전사와 동시에 기재 필름(10)을 변형시킬 수 있다(도 4d 참고).

즉, 도 4d의 경우 제3 공정(S30)은 제3 금속층(54)을 전사하는 것과 동시에 기재 필름(10)을 나노 임프린트하는 공정이며, 기재 필름(10)에는 임프린트 몰드(50)의 돌출 패턴(51)에 대응하는 오목 패턴(13a)이 형성된다. 그리고 나노 금속패턴(NMP)은 오목 패턴(13a)마다 오목 패턴(13a)의 바닥에 형성된다.

기재 필름(10)의 오목 패턴(13a)은 양자점 플라즈모닉 필름(200)의 광 특성을 변화시켜 특정 색의 편차를 보정하고, 광 변조 효율을 높이는 기능을 할 수 있다. 이때 오목 패턴(13a)의 깊이는 돌출 패턴(51)의 높이보다 작다. 오목 패턴(13a)의 깊이가 돌출 패턴(51)의 높이와 같으면, 제4 금속층(55)이 기재 필름(10)으로 전사될 수 있다. 오목 패턴(13a)의 깊이를 돌출 패턴(51)의 높이보다 작게 유지함으로써 제4 금속층(55)의 전사를 방지한다.

제2 실시예의 방법으로 제작된 양자점 플라즈모닉 필름(200)은 양자점(12)과 더불어 나노 금속패턴(NMP)을 포함하며, 오목 패턴(13a)을 더 포함할 수 있다. 제2 실시예의 양자점 플라즈모닉 필름(200)은 디스플레이 또는 발광 장치의 파장 변조 필름, 적외선 센서, 자외선 센서, 바이오 센서, 광학 필터, 스마트 윈도우 등에 사용될 수 있다.

제2 실시예의 제조 방법은 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 고가의 복잡한 분리 공정을 사용하지 않고 전사 공정으로 나노 금속패턴(NMP)을 형성하므로, 양자점 플라즈모닉 필름(200)을 제조하는데 있어서 공정 비용을 낮추고 생산성을 높일 수 있다.

도 5는 비교예의 파장 변조 필름과 실시예 1, 2에 따른 파장 변조 필름의 발광 세기를 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 5의 그래프에서 비교예의 발광 세기를 100으로 가정할 때 실시예 1, 2의 발광 세기 비율을 나타낸 그래프이다.

실험에 사용된 비교예 및 실시예 1, 2의 파장 변조 필름은 여기원의 자외선을 가시광선(중심 파장 623nm)으로 변조하는 파장 변조 필름이다. 비교예의 파장 변조 필름은 나노 금속패턴 없이 오목 패턴만 형성한 것이고, 실시예 1, 2의 파장 변조 필름은 오목 패턴에 각각 20nm 두께와 40nm 두께의 은(Ag)으로 이루어진 나노 금속패턴을 형성한 것이다.

비교예 및 실시예 1, 2의 파장 변조 필름에 사용된 양자점은 CdSe로 형성된 코어와, CdS로 형성되며 코어를 감싸는 형태의 제1 껍질과, ZnS로 형성되며 제1 껍질을 감싸는 형태의 제2 껍질을 포함한다. 비교예 및 실시예 1, 2의 파장 변조 필름은 나노 금속패턴의 유무와 두께를 제외한 나머지 구성이 모두 동일하게 이루어진다.

도 5와 도 6을 참고하면, 나노 금속패턴이 없는 비교예 대비 20nm 두께의 나노 금속패턴을 구비한 실시예 1의 경우 최대 250% 발광 세기가 높아지고, 40nm 두께의 나노 금속패턴을 구비한 실시예 2의 경우 최대 800% 발광 세기가 높아진 것을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 기재 필름 11: 고분자 수지
12: 양자점 13: 오목 패턴
14: 제1 금속층 15: 제2 금속층
16, 41: 접착층 20: 제1 기판
30, 50: 임프린트 몰드 31, 51: 돌출 패턴
40: 제2 기판 52: 제3 기판
53: 고분자 수지층 54: 제3 금속층
55: 제4 금속층
100, 200: 양자점 플라즈모닉 필름

Claims

고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 단계;
임프린트 몰드로 상기 기재 필름을 가압하여 상기 기재 필름의 일면에 나노미터 크기의 오목 패턴을 형성하는 단계;
상기 기재 필름의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 상기 오목 패턴 내부에 위치하는 제1 금속층 및 상기 오목 패턴 사이에 위치하는 제2 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 금속층을 제거하는 단계
를 포함하는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 기재 필름은 양자점 물질과 열가소성 수지를 혼합하고, 복수의 양자점이 분산된 열가소성 수지를 제1 기판 위에 코팅하는 방법으로 제조되며,
상기 기재 필름은 상기 제1 기판으로부터 분리되거나 상기 제1 기판에 접착된 상태로 사용되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 금속을 증착하는 단계에서, 상기 금속의 증착 방향은 상기 기재 필름의 법선 방향과 일치하거나 법선 방향에 대해 기울어진 한 개의 방향이며, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 이격되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 금속을 증착하는 단계에서, 상기 금속의 증착 방향은 상기 기재 필름의 법선 방향에 대해 기울어진 두 개 이상의 방향이며, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 서로 접하는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 금속층을 제거하는 단계에서, 일면에 접착층이 형성된 제2 기판이 준비되고, 제2 기판은 접착층이 상기 제2 금속층과 접하도록 상기 기재 필름 위에 적층되며, 자중 또는 외력에 의해 상기 기재 필름을 가압한 후 상기 기재 필름으로부터 분리되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
고분자 수지에 복수의 양자점이 분산된 기재 필름을 제조하는 단계;
나노미터 크기의 돌출 패턴이 형성된 임프린트 몰드의 일면에 금속을 나노미터 두께로 증착하여 돌출 패턴 상에 제3 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 제3 금속층을 상기 기재 필름의 일면에 전사하는 단계
를 포함하는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 기재 필름의 일면에 접착층이 형성되고,
상기 제3 금속층은 상기 접착층 위로 전사되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 임프린트 몰드는 제3 기판과, 제3 기판의 일면에 형성된 고분자 수지층을 포함하고,
상기 고분자 수지층은 열가소성 수지를 포함하며, 나노 임프린트 공정에 의해 상기 돌출 패턴을 형성하는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 금속을 증착하는 단계에서, 상기 금속의 증착 방향은 상기 임프린트 몰드의 법선 방향과 일치하거나 법선 방향에 대해 기울어진 한 개의 방향이고, 상기 돌출 패턴 사이에 상기 제3 금속층과 이격된 제4 금속층이 형성되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제3 금속층을 전사하는 단계에서, 상기 임프린트 몰드는 상기 제3 금속층이 상기 기재 필름을 향하도록 상기 기재 필름 위에 적층되고, 자중 또는 외력에 의해 상기 기재 필름을 가압한 후 상기 기재 필름으로부터 분리되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제3 금속층을 전사하는 단계에서, 상기 기재 필름은 압력에 의해 변형되어 상기 돌출 패턴에 대응하는 오목 패턴을 형성하며,
상기 제3 금속층은 상기 오목 패턴마다 상기 오목 패턴의 바닥에 형성되는 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 오목 패턴의 깊이는 상기 돌출 패턴의 높이보다 작은 양자점 플라즈모닉 필름의 제조 방법.
고분자 수지와, 고분자 수지에 분산되어 여기광을 파장 변환하는 복수의 양자점을 포함하는 기재 필름; 및
상기 기재 필름의 일면에 서로간 거리를 두고 나노미터 크기로 패턴화되며 표면 플라즈몬 현상에 의해 빛을 증폭하는 나노 금속패턴
을 포함하는 양자점 플라즈모닉 필름.
제13항에 있어서,
상기 나노 금속패턴의 두께는 5nm 내지 80nm이고,
상기 나노 금속패턴은 원형, 다각형, 줄무늬, 원형 개구를 형성하는 메쉬형, 다각형 개구를 형성하는 메쉬형 중 어느 하나의 모양을 가지며 주기적인 패턴 또는 무작위 패턴으로 형성되는 양자점 플라즈모닉 필름.
제14항에 있어서,
상기 기재 필름의 일면에 서로간 거리를 두고 나노미터 크기로 패턴화된 오목 패턴이 형성되며,
상기 나노 금속패턴은 상기 오목 패턴마다 상기 오목 패턴 내부에 위치하는 양자점 플라즈모닉 필름.