KR20200052243A

KR20200052243A - 광학 디바이스의 광효율 증대를 위한 격벽 구조체 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200052243A
Application number: KR1020190141210A
Authority: KR
Inventors: 정희태; 정우빈
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-05-14
Also published as: KR102292348B1

Abstract

본원은, 광학 디바이스의 광효율 증대를 위한 격벽 구조체, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

광학 디바이스의 광효율 증대를 위한 격벽 구조체 및 이의 제조 방법{PARTITION WALL STRUCTURE FOR OPTICAL EFFICIENCY ENHANCEMENT OF OPTICAL DEVICES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

최근 들어, 자동차 전장 사업이 크게 주목을 받고 있다. 전장 사업이 주목을 받으면서 반도체, 네트워크 사업, 디스플레이, 배터리, 카메라 등 여러 가지 분야의 기술이 동시에 도입되기 시작하고 있다. 디스플레이의 경우, 과거에는 내비게이션에만 적용이 되었지만, 최근 들어서는 CID (Center information display), 계기판, HUD (Head up display), 룸 미러 등 차량 한 대에 5개 이상의 디스플레이가 장착되고 있다. 이렇게 디스플레이가 늘어가면서 이에 따른 불편한 점들이 발생하고 있다. 내비게이션이나 각종 디스플레이의 경우, 야간 운전시 유리창에 비치는 현상들이 발생한다. 이에 따라, 운전자의 시야를 가리거나 블랙박스 촬영을 방해하는 등 안전 및 사고 정황 확보에 방해를 하는 원인이 되고 있다. 따라서, 디스플레이의 빛이 유리창에 비치는 현상을 막고자 광학 필름을 디스플레이에 붙여야 하는 필요성이 생기기 시작했다. 최근에는 기존의 컴퓨터 모니터나 현금 인출기 등에 사용되던 보안필름을 디스플레이에 붙여서 측면으로 나오는 빛을 차단하여 비침 현상을 줄였다. 하지만, 완벽하게 비침현상을 줄이지 못하였으며, 정면 투과율 또한 50% 정도로 줄어들기 때문에 많은 사람들에게 불편을 야기한다. 즉, 디스플레이가 유리창으로 비치는 현상을 막으면서도 사용자 시각에서 투과율 저하가 없게 해주는 방향 선택적 차광 필름이 필요하다.

본원은, 광학 디바이스의 광효율 증대를 위한 격벽 구조체 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원의 제 1 측면은, 광 반사물질을 함유하는 한 개 이상의 나노 구조체의 배열을 포함하는, 격벽 구조체를 제공한다.

본원의 제 2 측면은, (a) 기판에 프리패턴을 형성하고, (b) 상기 프리패턴이 형성된 기판에 광 반사물질을 증착하고, (c) 에칭을 통하여 기판에 증착된 광 반사물질을 상기 프리패턴의 측면에 재증착하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 격벽 구조체의 제조 방법을 제공한다.

본원의 제 3 측면은, (d) 기판에 광 반사물질을 증착하고, (e) 상기 광 반사물질이 증착된 기판에 프리패턴을 형성하고, (f) 에칭을 통하여 기판에 증착된 광 반사물질을 상기 프리패턴의 측면에 재증착하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 격벽 구조체의 제조 방법을 제공한다.

본원의 제 4 측면은, 기판에 몰드를 이용하여 프리패턴을 형성하고, 에칭을 통하여 상기 프리패턴을 바닥면과의 각도를 다양하게 되도록 비대칭으로 식각하여 비대칭 패턴을 형성하고, 상기 비대칭 패턴 표면의 적어도 일부에 광 반사물질을 증착하여 나노 구조체를 형성하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 격벽 구조체의 제조 방법을 제공한다.

본원의 제 5 측면은, 본원 제 1 측면에 따른 격벽 구조체를 포함하는 광학 필름을 제공한다.

본원의 구현예들에 의한 격벽 구조체는 광학 디바이스에 적용되는 경우, 광의 반사 경로를 조절하여 선택적으로 광을 차단하거나 투과율을 증대시켜 광학 디바이스의 광효율을 증대시킬 수 있다.

본원의 구현예들에 의한 격벽 구조체는 입사하는 광을 완전 반사하게 되고, 이웃하는 격벽 사이에 빛의 간섭 현상이 일어나지 않으므로, 광의 소실이 없는 효과가 있다.

본원의 구현예들에 의한 격벽 구조체의 나노 구조체는 금(Au), 은(Ag) 또는 백금(Pt)와 같은 귀금속을 포함할 수 있으며, 상기 귀금속을 포함하는 경우 상기 격벽 구조체는 입사하는 광과 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)를 일으키게 되고, 표면 플라즈몬 에너지가 공명을 통해 전달되어 광이 증폭되는 현상(Metal-Enhanced Fluorescence, MEF)이 발생하여 투과율이 높게 나타날 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 반사물질 증착 전(왼쪽) 및 증착 후(오른쪽)의 격벽 구조체를 나타내는 SEM 사진이다.
도 2는, 본원의 일 구현예의 격벽 구조체를 포함하는 차광 필름의 단면도로서, 격벽 구조체를 통해 광의 반사 경로를 조절하여 선택적 광을 차단하거나 투과율을 증대시켜 광학 디바이스의 광효율을 증대시키는 것을 나타낸다.
도 3은, 본원의 일 구현예의 격벽 구조체를 포함하는 차광 필름의 광의 반사 경로를 조절하여 선택적으로 광을 차단하거나 투과율을 증대시켜 광학 디바이스의 광효율을 증대시키는 것을 확인한 사진이다.
도 4는, 본원의 일 구현예의 격벽 구조체를 포함하는 차광 필름의 광의 반사 경로를 조절하여 선택적으로 광을 차단하거나 투과율을 증대시켜 광학 디바이스의 광효율을 증대시키는 것을 확인한 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 구현예의 격벽 구조체의 광의 반사 경로를 조절하여 투과율을 증대시키는 원리를 나타내는 개략도이다.
도 6은, 본원의 일 구현예의 홀을 가지는 원기둥 형상의 격벽 구조체를 나타내는 SEM 사진이다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 1 측면은, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 광 반사물질을 함유하는 한 개 이상의 나노 구조체의 배열을 포함하는, 격벽 구조체를 제공한다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체는 광의 반사 경로를 조절하여 선택적으로 광을 차단하거나 투과율을 증대시키는 것일 수 있다. 그 결과, 상기 격벽 구조체가 광학 디바이스에 적용되는 경우, 광의 반사 경로를 조절하여 선택적으로 광을 차단하거나 투과율을 증대시켜 광학 디바이스의 광효율을 증대시킬 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체는 입사하는 광을 완전 반사하게 되고, 이웃하는 나노 구조체 사이에 빛의 간섭 현상이 일어나지 않으므로, 상기 격벽 구조체는 광 소실이 없는 효과가 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광 반사물질은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, 무기 산화물 또는 반도체를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광 반사물질은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 이산화규소(SiO₂), 규소(Si), 알라미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu) 중에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 광 반사물질은 물리적 이온 에칭을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 적용하기 위해 에너지를 가하면 여러 방향으로 이탈될 수 있는 물질이면 제한 없이 사용 가능하다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광 반사물질은 금(Au), 은(Ag) 또는 백금(Pt)와 같은 귀금속을 포함할 수 있으며, 상기 귀금속을 포함하는 경우 입사하는 광과 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)를 일으키게 되고, 표면 플라즈몬 에너지가 공명을 통해 전달되어 광이 증폭되는 현상(Metal-Enhanced Fluorescence, MEF)이 발생하여 투과율이 높게 나타날 수 있는 효과가 있다. 상기 MEF를 일으키기 위해서는 발광체-귀금속 간의 간격 조절이 중요하며, 이는 발광체의 유형, 크기, 배열, 주변 여건 등 다양한 매개변수에 의해 조절될 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체와 상기 기판의 사이에는 프리패턴이 존재하거나, 존재하지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴은 고분자 화합물, 포토레지스트 화합물, 실리콘, 실리콘옥사이드, 또는 블록공중합체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로 상기 프리패턴 물질은 폴리스타일렌, 키토산, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 포토레지스트(photoresist, PR) 등을 이용할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따른 격벽 구조체는, 상기 나노 구조체의 선폭 및 높이, 상기 나노 구조체 간의 간격, 및 바닥면에 대해 상기 나노 구조체의 기울어진 각도 중 하나 이상을 조절하여 목적하는 광 투과율을 달성하는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체의 두께는 약 1 nm 내지 500 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 나노 구조체의 두께는 약 1 nm 내지 500 ㎛, 약 1 nm 내지 100 ㎛, 약 1 nm 내지 10 ㎛, 약 1 nm 내지 1 ㎛, 약 10 nm 내지 500 ㎛, 약 10 nm 내지 100 ㎛, 약 10 nm 내지 10 ㎛, 약 10 nm 내지 1 ㎛, 약 50 nm 내지 500 ㎛, 약 50 nm 내지 100 ㎛, 약 50 nm 내지 10 ㎛, 약 50 nm 내지 1 ㎛, 약 50 nm 내지 100 nm 또는 약 80 nm 내지 100 nm일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 두께가 지나치게 얇으면 광 반사율이 떨어질 수 있으며, 지나치게 두꺼우면 격벽 구조체로 구현하기 어려울 수 있다. 상기 범위 모두에서 차광 필름을 포함한 광학 필름으로 구현될 수 있으나, 가장 우수한 광학 필름의 재료로서 구현하기 위한 최적의 두께는 80 nm 내지 100 nm이다. 상기 나노 구조체는 2차 스퍼터링인 이온 봄바드먼트 현상을 통해 제조되는 것으로서, 이온 봄바드먼트 현상을 통해서 광 반사물질의 나노 입자를 80 nm 내지 100 nm의 두께로 고르게 나노 구조체를 구성할 수 있으며, 종래 기술의 일반적인 증착을 통해서는 비대칭 면에 증착이 어려우므로, 본원의 나노 구조체는 비대칭 면에도 고르게 광 반사물질이 형성된 특징이 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체의 선폭은 약 100 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 나노 구조체의 선폭은 약 100 nm 내지 1000 ㎛, 약 1000 nm 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 nm 내지 100 ㎛, 약 100 nm 내지 10 ㎛, 약 100 nm 내지 1 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 40 ㎛ 또는 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 선폭이 지나치게 얇으면 나노 구조체의 각도가 높아져 광 차단율이 떨어질 수 있으며, 지나치게 두꺼우면 광 투과율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다. 상기 범위 모두에서 차광 필름을 포함한 광학 필름으로 구현될 수 있으나, 가장 우수한 차광 필름의 재료로서 구현하기 위한 최적의 선폭는 20 ㎛ 내지 40 ㎛이다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체의 높이는 약 10 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 나노 구조체의 높이는 약 10 nm 내지 1000 ㎛, 약 10 nm 내지 100 ㎛, 약 100 nm 내지 1 ㎛, 약 100 nm 내지 1000 ㎛, 약 1000 nm 내지 1000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 nm 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 또는 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 높이가 지나치게 낮으면 나노 구조체의 각도가 높아져 광 차단율이 떨어질 수 있으며, 지나치게 높으면 광 투과율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.. 상기 범위 모두에서 차광 필름을 포함한 광학 필름으로 구현될 수 있으나, 가장 우수한 광학 필름의 재료로서 구현하기 위한 최적의 높이는 20 ㎛ 내지 40 ㎛이다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체의 배열에서 상기 나노 구조체 간의 간격는 약 100 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 나노 구조체 간의 간격은 약 100 nm 내지 1000 ㎛, 약 1000 nm 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 nm 내지 100 ㎛, 약 100 nm 내지 10 ㎛, 약 100 nm 내지 1 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 40 ㎛ 또는 약 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체는 기판에 대해 각도를 가질 수 있으며, 상기 각도는 기판에 대해 약 1° 내지 약 90°일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 각도는 기판에 대해 약 1° 내지 약 90°, 약 10° 내지 약 90°, 약 20° 내지 약 90°, 약 30° 내지 약 90°, 약 40° 내지 약 90°, 약 10° 내지 약 80°, 약 20° 내지 약 70°, 약 30° 내지 약 60° 또는 약 40° 내지 약 50°일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 각도가 90°이면 입사하는 빛을 정면으로 투과율이 최대로 올릴 수 있으며, 상기 각도가 45°내지 89°이면 정면 투과율이 60% 내지 80%, 상기 각도가 1°내지 44°이면 정면 투과율이 50% 내지 55%로 조절할 수 있다.

도 1을 참조하여 본원에 따른 격벽 구조체를 설명하면, 상기 격벽 구조체는 투명한 고분자 필름(기판)에 선(line) 패턴의 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 등의 몰드를 이용하여 프리패턴을 전사한 후, 이온밀링을 이용하여 상기 프리패턴을 바닥면과의 각도를 다양하게 되도록 비대칭으로 식각하고, 비대칭 식각 상에 제조하고자 하는 광 반사물질인 금속을 증착하는 과정을 통해 제조될 수 있다. 상기 금속의 증착은 1 nm 내지 500 ㎛의 두께, 구체적으로 80 nm 내지 100 nm의 두께로 수행될 수 있으며, 제조된 나노 구조체의 선폭은 100 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다.

도 2를 참조하면, 바닥면에 대해 45°를 가지는 비대칭 면에 광 반사물질인 금속(은, Ag)이 증착된 나노 구조체를 포함하는 격벽 구조체는, 상기 나노 구조체가 있는 부분에서는 광 투과가 되지 않으며 고분자 필름(기판)이 노출된 부분에서 투과되어 50%의 광 투과율이 확보되고, 상기 나노 구조체에서 반사되어 나가는 빛이 이웃하는 나노 구조체에서 반사되어 추가적으로 투과되어 수직 방향으로 60% 이상의 투과율이 확보될 수 있다. 또한, 바닥면에 대해 45°로 우측으로 입사된 빛은 나노 구조체에 의해 모두 반사가 일어나 투과율이 5% 미만으로 나타날 수 있으며, 바닥면에 45°로 좌측으로 입사된 빛은 반사를 일으키는 나노 구조체가 없으므로 90% 이상의 투과율이 나타날 수 있다.

본원의 일 구현예에 따른 격벽 구조체는, 광학 디바이스라면 제한없이 적용가능하며, 구체적으로 광학 필름, 디스플레이 장치, 전극, 센서, 이미징 장치, 광촉매, 태양전지 등에 제한없이 적용 가능하다.

본원의 일 구현예에 따른 격벽 구조체는, 광학 필름으로서 디스플레이 차광 필름에 적용될 수 있다. 상기 디스플레이 차광 필름은 디스플레이가 유리창으로 비치는 현상을 막으면서도 사용자의 시각에서 투과율 저하가 없는, 방향 선택적으로 광을 차단할 수 있다.

도 3을 참조하여 본원의 일 구현예에 따른 격벽 구조체가 적용된 차광 필름에 바닥면에 대해 살펴보면, 바닥면에 대해 오른쪽이 45°로 비대칭으로 형성된 나노 구조체를 포함하는 격벽 구조체가 적용된 차광 필름은, 백광으로부터 입사하는 빛이 정면(바닥면에 대해 90°)에서는 60% 이상의 투과율이 달성되고, 오른쪽으로 입사하는 빛은 90% 이상의 투과율이 달성된다. 반면, 왼쪽으로 입사하는 빛은 5% 미만의 투과율이 달성된다.

도 4을 참조하면, 도 2의 격벽 구조체와 동일한 방향으로 바닥면에 대해 다양한 각도로서 비대칭의 나노 구조체(은, Ag 증착)를 포함하는 격벽 구조체가 적용된 차광 필름을 각도에 따라 측정되는 투과도 결과를 확인할 수 있다. 각도가 0°인 수직 부분에서는 투과율이 50% 내지 80%의 투과율을 나타남을 확인할 수 있으며, (+) 방향(필름의 수직으로부터 왼쪽 방향)으로 갈수록 필름의 투과도가 증가하여 45° 이상 부근에서 최대 100%의 투과율이 나타날 수 있다. 반면, (-) 방향(필름의 수직으로부터 오른쪽 방향)으로 갈수록 투과도가 감소하여 45° 이상 부근에서 투과율이 최소 0%의 투과율이 나타날 수 있으므로, 특정 방향으로 선택적으로 빛을 차단할 수 있는 차광 필름으로 사용하기에 효과적임을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 나노 구조체에 있어서, 선폭 30 ㎛, 나노 구조체 간의 간격 20 ㎛ 및 높이 30 ㎛인 경우(연두색 선)가 (+) 방향으로 투과도가 가장 우수하고, (-) 방향으로 가장 투과도가 낮은 효과를 기록하여, 상기 광 반사물질이 80 nm 내지 100 nm로 증착되고, 나노 구조체의 선폭 20 ㎛ 내지 40 ㎛, 나노 구조체의 높이 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 및 상기 나노 구조체 간의 간격이 10 ㎛ 내지 30 ㎛에서 차광 필름으로서 구현되기에 가장 적절함을 확인하였다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 격벽 구조체는 디스플레이 장치로서 QD 디스플레이, OLED 디스플레이, LED 디스플레이, LCD 디스플레이에 제한없이 적용가능하다. 구체적으로 QD 디스플레이는 QDCF-LCD 타입, QDEF-LCD 타입, QD-LED 타입, QD-OLED 타입의 장치에 제한없이 적용가능하다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 격벽 구조체는 상기 QD-OLED 디스플레이에 적용될 수 있으며, 구체적으로 본원의 격벽 구조체는 QD-OLED 디스플레이의 퀀텀닷이 존재하는 QD 발광층에 적용될 수 있다. QD 발광층에는 R(Red) 발광 퀀텀닷 및 G(Green) 발광 퀀텀닷이 존재할 수 있으며, 상기 격벽 구조체는 R 발광 퀀텀닷과 G 발광 퀀텀닷을 분리함과 동시에 입사하는 Blue OLED 광의 투과율을 높여 QD-OLED 디스플레이의 광효율을 높이고 소비 전력을 낮출수 있는 효과가 있다.

도 5를 참조하여 설명하면, 격벽 구조체가 존재하지 않는 경우, 도면 왼쪽과 같이 빛이 방사만 하게 되므로, 투과율이 낮게 나타날 수 있는 반면, 상기 격벽 구조체가 QD 발광층에 존재하는 경우 도면 오른쪽과 같이, 입사하는 Blue OLED 광이 상기 격벽 구조체에 완전 반사하게 되고 이웃하는 격벽 구조체에 다시 완전 반사되어 광의 소실없이 높은 투과율로써 QD 발광층을 통과할 수 있다. 구체적으로, 상기 격벽 구조체에 포함된 나노 구조체는 두께가 80 nm 내지 100 nm인 경우 가장 광효율이 증대되는 효과를 낼 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체는 수직인 벽면, 빗면 형상, 굴곡진 형상, 원기둥 형상, 사각기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 컵 형상 및 ㄷ자 형상으로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

도 6을 참고하여 설명하면, 격벽 구조체에 포함된 나노 구조체는 홀을 가지는 원기둥 형상일 수 있으며, 빛이 원기둥 형상의 격벽 구조체를 통과하면 격벽 구조체가 없는 경우에 비해 빛이 벽에 반사되고 격벽 간의 빛의 간섭이 없으므로, 빛의 경로를 조절할 수 있으면서도 빛의 소실 없이 투과율이 증가된 상태로 빛이 통과될 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 구조체가 홀을 가지는 원기둥인 경우, 상기 나노 구조체의 최적의 두께는 80 nm 내지 100 nm이다.

본원의 일 구현예에서 있어서, 각각 상기 (a) 후 상기 (b) 전, 및 상기 (e) 후 상기 (f) 전에 상기 프리패턴의 일측면을 비대칭으로 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하는 것을 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 재증착은 이온 봄바드먼트 현상을 이용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 약 0.1 mTorr 내지 10 mTorr의 공정압력 하에서 아르곤 가스 등의 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음, 상기 플라즈마를 약 100 eV 내지 5000 eV로 가속화하여 상기 광 반사물질에 물리적 이온 식각공정을 수행하는 것일 수 있다. 또한, 상기 이온 봄바드먼트 현상을 이용한 이온 식각공정은 상기 비대칭면과 평형하게 플라즈마를 가하여 수행되는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 각각 상기 (c) 및 상기 (f) 이후, 상기 프리패턴을 에칭하여 제거하는 것을 추가 포함하는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴의 경사각의 조절은 1 내지 30분간 식각을 통해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴은 요철(凹凸) 형상으로서, 철부가 비대칭 식각되는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴에서 요부의 길이는 약 100 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 요부의 길이는 약 100 nm 내지 1000 ㎛, 약 1000 nm 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 nm 내지 100 ㎛, 약 100 nm 내지 10 ㎛, 약 100 nm 내지 1 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 40 ㎛ 또는 약 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴에서 철부의 길이는 약 100 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 철부의 길이는 약 100 nm 내지 1000 ㎛, 약 1000 nm 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 nm 내지 100 ㎛, 약 100 nm 내지 10 ㎛, 약 100 nm 내지 1 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 40 ㎛ 또는 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴의 높이는 약 10 nm 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 프리패턴의 높이는 약 10 nm 내지 1000 ㎛, 약 10 nm 내지 100 ㎛, 약 100 nm 내지 1 ㎛, 약 100 nm 내지 1000 ㎛, 약 1000 nm 내지 1000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 100 nm 내지 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 또는 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴은 기판 상에 프리패턴 물질을 증착시키고 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 수행하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 프리패턴은 기판 상에 프리패턴 물질을 증착시키고 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 수행하여 형성할 수 있는데, 프리패턴 자체는 수백 nm 이상의 폭을 가지는 것으로 저렴한 임프린팅 공정이나 포토리소그래피 공정 등을 이용하기 때문에, 고가의 장비가 불필요하다.

구체적으로, 상기 리소그래피는 포토 리소그래피를 포함할 수 있으며, 상기 포토 리소그래피 공정은 포토 마스크를 프리패턴 물질이 형성된 기판에 올려놓고 UV를 가해 증착되어 있는 프리패턴 물질을 선택적으로 제거함으로써 프리패턴을 형성시키는 공정으로서, 일반적인 포토리소그래피 공정을 이용한다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리아릴레이트(Polyarylate, PAR) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 에칭은 밀링 또는 스퍼터링으로 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비대칭 식각은 이온밀링 공정을 이용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 밀링은 약 0.1 mTorr 내지 약 10 mTorr의 압력 하에서 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음 상기 플라즈마를 약 100 V 내지 700 V로 가속화하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 기체는 아르곤, 헬륨, 질소, 산소 및 이들의 혼합기체로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴의 높이에 따라, 최종적으로 얻을 수 있는 나노 구조체의 높이가 결정된다. 바닥층의 광 반사물질이 측면에 재증착되어야 하는 광 반사물질의 양보다 많은 경우, 형성되는 높이는 프리패턴의 높이에 따르게 된다. 바닥층의 광 반사물질이 측면에 재증착되어야 하는 광 반사물질보다 적은 경우, 형성되는 높이는 바닥층의 광 반사물질의 양과 비례한다. 아울러, 나노 구조체 간의 간격은 프리패턴의 요부의 길이에 따라 결정되며, 나노 구조체의 선폭은 프리패턴의 철부의 길이에 따라 결정된다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

기판; 및
상기 기판에 형성되고, 광 반사물질을 함유하는 한 개 이상의 나노 구조체의 배열
을 포함하는, 격벽 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체는 광의 반사 경로를 조절하여 선택적으로 광을 차단하거나 투과율을 증대시키는 것인, 격벽 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 광 반사물질은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 이산화규소(SiO₂), 규소(Si), 알라미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu) 중에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것인, 격벽 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 격벽 구조체는, 상기 나노 구조체의 선폭 및 높이, 상기 나노 구조체 간의 간격, 및 바닥면에 대해 상기 나노 구조체의 기울어진 각도 중 하나 이상을 조절하여 목적하는 광 투과율을 달성할 수 있는 것인, 격벽 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체의 두께는 1 nm 내지 500 ㎛인 것인, 격벽 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체의 선폭이 20 ㎛ 내지 40 ㎛이고,
상기 나노 구조체 간의 간격이 10 ㎛ 내지 30 ㎛이고,
상기 나노 구조체의 높이가 20 ㎛ 내지 40 ㎛인 것인, 격벽 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체의 형태는 수직인 벽면, 빗면 형상, 굴곡진 형상, 원기둥 형상, 사각기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 컵 형상 및 ㄷ자 형상으로 구성된 군에서 선택되는 것인, 격벽 구조체.
(a) 기판에 프리패턴을 형성하고,
(b) 상기 프리패턴이 형성된 기판에 광 반사물질을 증착하고,
(c) 에칭을 통하여 기판에 증착된 광 반사물질을 상기 프리패턴의 측면에 재증착하는 것
을 포함하는, 제 1 항에 따른 격벽 구조체의 제조 방법.
(d) 기판에 광 반사물질을 증착하고,
(e) 상기 광 반사물질이 증착된 기판에 프리패턴을 형성하고,
(f) 에칭을 통하여 기판에 증착된 광 반사물질을 상기 프리패턴의 측면에 재증착하는 것
을 포함하는, 제 1 항에 따른 격벽 구조체의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
각각 상기 (a) 후 상기 (b) 전, 및 상기 (e) 후 상기 (f) 전에 상기 프리패턴의 일측면을 비대칭으로 식각하여 상기 프리패턴의 경사각을 조절하는 것을 추가 포함하는, 격벽 구조체의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 재증착은 상기 광 반사물질에 이온 식각공정을 통해 수행되는 것이고,
상기 이온 식각공정은 상기 비대칭으로 식각된 면과 평형하게 플라즈마를 가하여 수행되는 것인, 격벽 구조체의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
각각 상기 (c) 및 상기 (f) 이후, 상기 프리패턴을 에칭하여 제거하는 것을 추가 포함하는, 격벽 구조체의 제조 방법.
기판에 몰드를 이용하여 프리패턴을 형성하고,
에칭을 통하여 상기 프리패턴을 바닥면과의 각도를 다양하게 되도록 비대칭으로 식각하여 비대칭 패턴을 형성하고,
상기 비대칭 패턴 표면의 적어도 일부에 광 반사물질을 증착하여 나노 구조체를 형성하는 것
을 포함하는, 제 1 항에 따른 격벽 구조체의 제조 방법.
제 1 항에 따른 격벽 구조체를 포함하는, 광학 필름.