KR20220094234A - 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재 그리고 이를 이용한 광전소자 - Google Patents

표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재 그리고 이를 이용한 광전소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체에 관한 것으로서, 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계와, 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하는 단계와, 상기 표면제어층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 이에 의한 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재 및 이를 이용한 광전소자를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 기재의 표면 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등) 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성함으로써 양자점의 양(Quantity)의 제어가 용이하여 그 적용성을 높일 수 있다.

Description

표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재 그리고 이를 이용한 광전소자{The method of forming a structure containing quantum dot in the surface control area, The surface-controlled substrate formed a structure containing quantum dot and A photoelectronic device using it}
본 발명은 기재의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하여 기재 상의 특정 영역에 양자점의 양(Quantity)의 제어가 용이한 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재 그리고 이를 이용한 광전소자에 관한 것이다.
광전소자(Photoelectronic Device)는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 소자로, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 등이 있다.
이러한 광전소자는 다양한 전기, 전자 제품에 적용되고 있으며, 전기, 전자 제품의 고성능화, 소형화 추세에 따라 고집적, 고효율에 대한 성능 개선을 위한 연구에 집중되고 있다.
최근 광전소자의 구조에 있어서 표면적을 개선하여, 고효율에 적합한 나노 또는 마이크로 구조체를 형성하는 시도가 이루어지고 있다.
이러한 광전소자 중 발광다이오드는 수명이 길고, 전력 소모와 유지 보수 비용이 절감되어 디스플레이, 반도체, 태양전지, 조명기기, 바이오, 광통신, 광센서 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 이 또한 고집적, 고효율을 실현하기 위해 연구자들이 다양한 방법을 시도하고 있는 추세이다.
일반적으로 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하며, 상기 n형 반도체층 및 p형 반도체층에 순방향으로 전류가 흐르면, 상기 활성층 내로 주입된 전자와 정공이 재결합하면서 빛을 발생시키게 된다.
이러한 발광다이오드에서의 효율 즉, 광효율은 내부 양자 효율과 광 추출 효율(외부 양자 효율)에 의해 결정되고 있으나, 내부 양자 효율과 달리 광 추출 효율은 발광다이오드 내부 구조에서의 산란 또는 전반사에 의해 상당량 감소되어 발광다이오드의 전체 광 효율을 저해하고 있다.
즉, 발광다이오드에서의 광 추출 효율을 향상시키기 위해서는 발광다이오드의 내부 구조를 개선하여야 하는데, 주로 발광다이오드 최상부층인 n형 반도체층 또는 p형 반도체층의 표면에 요철 패턴을 형성하는 방법으로 구현하고 있다.
종래에는 이러한 요철 패턴을 형성하기 위해 습식 식각 공정을 주로 수행하였으나, 이 공정은 요철 패턴의 분포 및 형상이 불균일하여 빛의 산란 또는 광반사가 빈번하여 광 추출 효율이 떨어지며, 동일한 광 추출 효율을 갖는 제품을 생산하기에 어려움이 있다.
또한, 활성층에서의 광 방출시 반도체층과 공기의 굴절률 차이에 따른 광반사 또는 산란이 발생하게 되어, 광 추출 효율을 더욱 저하시키게 된다.
이러한 습식 식각 공정에 건식 식각 공정이나 임프린팅 공정 등을 추가하여 요철 패턴에 방향성을 부여하고, 보다 균일한 요철 패턴을 형성하고자 하는 시도가 있었으나, 여전히 광 추출 효율을 개선하기에는 미흡한 면이 있다.
한편, 최근 수㎛~수십㎛ 크기의 마이크로 발광다이오드(Micro-LED)가 다양한 분야에 활용되고 있다. 이러한 마이크로 발광다이오드는 칩의 크기가 감소하게 됨에 따라 발광 효율이 급격히 저하되는 특성으로 인하여, 청색, 녹색, 적색 마이크로 발광다이오드 모두 광 추출 효율이 극대화된 고출력이 요구되고 있다.
예컨대 1,000×1,000㎛2 크기의 고출력 발광다이오드 광원 대비 50×50㎛2 크기의 마이크로 발광다이오드 광원의 발광효율은 동일면적에서 30% 이하 수준으로 급격히 감소함을 보이며, 100㎛ 이하의 마이크로 발광다이오드 칩의 경우 기존의 발광다이오드 칩에 비하여 sidewall 면적이 급격하게 증가함을 보여, 광추출 효율 극대화를 위한 구조 개선이 필연적으로 요구되는 실정이다.
한편, 양자점(Quantum dot)은 외부의 빛에 의해 여기된 포톤(Photon)이 안정화되면서 양자점의 밴드갭 에너지에 상당하는 빛을 방출하게 되며, 방출하는 빛의 파장은 양자점의 입자 크기별로 다르며, 다양한 색을 표현할 수 있다.
이러한 양자점은 색재현력과 양자 효율이 우수하며, 광안정성이 뛰어나 발광 다이오드의 단점을 보완할 수 있는 소재로 부상하고 있어 광전소자에 광범위하게 적용될 수 있으며, 입자의 크기에 따라 모든 색을 표현할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 색재현력을 구현하기 위해 서로 다른 크기의 양자점을 선택적으로 패터닝하는 공정이 시도되고 있으며, 종래에는 콜로이드 양자점을 이용하여 서로 다른 크기의 양자점을 선택적으로 패터닝하고자 하는 시도가 이루어졌었다.
기존의 용액공정으로 제작되는 콜로이드 양자점은 서로 다른 크기의 양자점을 선택적으로 패터닝하는 것이 어려우며, Mist fabrication에 의한 양자점 패터닝의 경우, 액상 전구체들을 이용하여 분사방식에 의해 상온과 상압에서 새도우(Shadow) 마스크를 통해 패터닝하는 기술이지만, 패턴으로 구현할 수 있는 크기가 수백 마이크로부터 그 이상이어서 색재현력이 어려운 단점이 있다.
또한 잉크젯 프린팅 방식은 대면적으로 패턴화가 가능하지만, 드롭된 양자점 용액이 증발할 때 발생되는 Coffee ring effect에 의해 발생되는 얼룩으로 인해 미세 패터닝이 어려운 문제점이 있다.
이와 같이 광전소자에서의 광추출 효율과 더불어 광변환 효율을 개선시키기 위한 기존의 양자점 패터닝 방식은 패터닝 제어가 용이하지 않고 양자점의 양(Quantity)의 조절이 용이하지 않아 이에 대한 새로운 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 필요성에 의해 고안된 것으로서, 기재의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하여 기재 상의 특정 영역에 양자점의 양(Quantity)의 제어가 용이한 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 이에 의한 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재 그리고 이를 이용한 광전소자의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은, 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계와, 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하는 단계와, 상기 표면제어층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법 및 이에 의한 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 표면제어층을 모두 제거하여 상기 기재 상에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하거나, 상기 표면제어층을 순차적으로 제거하면서, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 일부에 양자점을 포함하는 서로 다른 구조체가 중첩된 복합 양자점 구조체를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체 형성방법은, 기재 상부에 제1표면제어층을 형성하는 제1단계와, 상기 제1표면제어층 상부에 상기 제1표면제어층에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층을 형성하는 제2단계와, 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층에 제1제어패턴을 형성하는 제3단계와, 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층에 형성되며, 상기 제1제어패턴에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴을 형성하는 제4단계와, 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴에 의해 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 제5단계와, 상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제1양자점 구조체를 형성하거나 박막 구조체를 형성하는 제6단계와, 상기 제2표면제어층 및 상기 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1양자점 구조체를 형성하거나, 상기 제2표면제어층을 제거하고 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제2양자점 구조체를 형성하고, 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1양자점 구조체 및 제2양자점 구조체로 이루어진 복합 양자점 구조체 또는 박막 구조체 및 제2양자점 구조체로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하는 제7단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 제1표면제어층과 제2표면제어층의 식각저항성비는 1 : 1.1~10인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4단계는, 상기 제3단계의 노광 공정에 따른 현상 공정을 수행하고, 이에 연속적 또는 순차적으로 추가적인 현상 공정을 수행하여 상기 제2제어패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4단계는, 상기 현상 공정 후 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 제1표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 상기 확장컷을 더욱 확장시킨 제2제어패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴은, 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴의 배열 형태에 따라 배열 형태가 결정되거나, 또는 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴 간 거리에 의해 패턴의 형상이 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5단계는, 상기 제4단계의 확장컷을 이루는 제2제어패턴의 면적 변화를 통하여 상기 표면 제어 영역의 크기가 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양자점은, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CuInS2, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, PbSe, PbS, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 박막 구조체는, 상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 상기 기재와는 표면 특성이 다른 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5단계 이후에, 상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 식각 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 식각패턴을 추가로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1양자점 구조체 및 상기 복합 양자점 구조체는, 상기 식각패턴에 대응하여 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 식각패턴은, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나, 건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합 식각 공정 중 어느 하나에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 박막 구조체는, 상기 식각패턴 내부에 경사지게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제6단계 이후에 또는 상기 제7단계의 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 제거하기 전에 보호층을 형성하여, 상기 제1양자점 구조체, 제2양자점 구조체 및 복합 양자점 구조체 중 어느 하나 이상을 보호하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1표면제어층이나 상기 제2표면제어층을 제거하기 전에 제1양자점 구조체이나 제2양자점 구조체 또는 복합 양자점 구조체의 형성 후 각각 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면 제어 영역에 접착증진(Adhesion promoter) 표면처리 또는 소수성 표면처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접착증진 표면처리는, 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 프로모터(Promoter) 수지를 코팅하거나, 산소 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리, 마이크로파 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하며, 상기 소수성 표면처리는, 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 소수성 물질을 코팅, 플라즈마 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 기재는, 광전소자의 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층이 바람직하며, 상기 광전소자는, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 중 어느 하나 이상 또는 이들의 어레이 형태인 것일 수 있다.
본 발명은 기재의 표면 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등) 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성함으로써 양자점의 양(Quantity)의 제어가 용이하여 그 적용성을 높일 수 있다.
즉, 표면 제어 영역에 양자점의 형성 방식(Spin-coating, Dispensing, Dipping, Inkjet printing 등), 양자점의 농도, 2종 이상의 양자점의 경우 혼합 비율을 다양하게 조절하여 형성함으로써, 지정된 위치에 양자점의 양을 용이하게 조절함으로써 다양한 색의 광방출 구현 및 강도 세기의 조절이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기재 상부에 복수개의 표면제어층을 형성하여 기재의 표면적 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 양자점을 포함하는 구조체의 제어가 용이하여 그 적용성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 현상 공정을 과도하게 수행함으로써, 제1표면제어층에 확장컷을 형성하여, 기재 상에 표면 제어 영역의 확보가 용이하도록 하며, 이에 의해 기재의 표면에 식각패턴을 형성시키고, 여기에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하여, 표면적의 확장 및 제어, 특성 제어가 용이하도록 한다.
또한, 본 발명은 광전소자 최상부층의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하여, 광추출 효율 및 광변환 효율을 극대화시키고, 강도 세기의 조절이 용이한 광전소자를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 박막 구조체로 기재와 굴절률이 다른 박막층을 단층 또는 다층으로 형성하고, 여기에 중첩적으로 양자점을 형성하는 복합 양자점 구조체를 형성하여, 기재의 굴절률 제어가 용이하며, 이를 광전소자에 적용시 광 추출 효율을 더욱 개선시키는 효과가 있다.
도 1 내지 도 6 - 본 발명 다양한 실시예에 따른 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체 형성방법에 대한 모식도.
도 7(a) - 종래의 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경) 및 광학 이미지를 나타낸 도.
도 7(b), 도 7(c), 도 7(d) - 본 발명의 일실시예에 따라 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM 및 광학 이미지를 측정한 데이타를 나타낸 도.
도 8의 (a), (c) 및 (e) - 종래의 현상 시간(20초)에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도
도 8의 (b), (d) 및 (f) - 본 발명의 일실시예에 따라 현상 시간에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도.
도 9 - 본 발명의 일실시예에 따라 확장컷의 부피(Volume) 조절을 위하여 기재 상에 다양한 표면 제어 영역을 나타낸 패턴 시뮬레이션 결과와 실제로 확장컷 구현 결과를 비교한 도.
도 10 - 본 발명의 일실시예에 따라 양자점을 포함하는 구조체가 형성된 표면 제어 기재에 대한 광학 이미지[도 10의 (a), (b)]와 각각에 대한 PL(Photoluminescence, 발광 세기)을 측정한 결과를 나타낸 도[도 10의 (c), (d)].
도 11 - 본 발명의 일실시예에 따라 표면 제어 영역에 식각 패턴을 형성한 이후에 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점 잉크의 농도 변화에 따른 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점을 포함하는 구조체에 대한 광학 이미지 및 PL(발광 세기)을 측정한 결과를 나타낸 도[Green 양자점의 농도 조건 변화 - 도 11의 (a),(b),(c),(d),(e) 및 (f), Red 양자점의 Dispensing 양 조건 변화 - 도 11의 (g),(h),(i) 및 (j), Red 양자점의 Spin-coating 조건 변화 - 도 11의 (k),(l),(m) 및 (n)].
도 12 - 본 발명의 일실시예에 따라 표면 제어 영역에 식각 패턴을 형성한 이후에 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점 잉크의 혼합 비율을 조절하여 형성된 양자점을 포함하는 구조체에 대한 광학 이미지[도 12의 (a),(b)] 및 양자점 잉크의 혼합 비율에 따른 PL 변화를 측정한 결과를 나타낸 도[도 12의 (c),(d),(e),(f),(g) 및 (h)].
본 발명은 기재의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성시켜 기재의 표면을 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)하여 그 특성을 개선시키는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재를 제공하는 것이다.
특히 본 발명은 기재의 표면 제어 영역에 양자점의 형성 방식, 양자점의 농도, 2종 이상의 양자점의 경우 혼합 비율을 다양하게 조절하여 형성함으로써, 지정된 위치에 양자점의 양(Quantity)을 용이하게 제어할 수 있어 다양한 색의 광방출 구현 및 강도 세기의 조절이 용이한 표면제어된 기재를 제공하게 된다.
또한 본 발명은 기재 상부에 복수개의 표면제어층을 형성하여 기재의 표면적 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 여기에 특성 제어된 양자점을 포함하는 구조체를 형성함으로써, 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
또한, 본 발명은 광전소자의 최상부층의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하여, 최상부층의 표면적을 확장시키고 물성을 제어하여 광추출 효율 및 광변환 효율을 극대화시키는 광전소자를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법은, 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계와, 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하는 단계와, 상기 표면제어층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명은 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성한다.
본 발명은 표면을 제어 즉, 표면적 확장, 표면 형상 변경, 표면 굴절률 제어, 표면 특성 조절 등 표면 상태를 다양하게 제어하여 성능을 개선시키거나 새로운 특성을 발현시키고자 하는 경우에 적용될 수 있으며, 이러한 목적에 부합하는 경우 어떠한 기재에도 적용할 수 있다.
구체적으로는 상기 기재는 응용 분야에 따라 무기물 기판, 유기물 기판 또는 박막, 반도체 소자, 특히 광전소자의 최상부층 등이 될 수 있으며, 표면을 제어하여 각각의 용도 및 목적에 부합하도록 하는 것으로, 본 발명에서는 상기 기재의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성함으로써, 기재의 표면 특성을 개선시키고자 한다.
상기 표면제어층은 상기 기재의 종류, 용도, 목적, 인접하게 적층 형성되는 다른 표면제어층의 종류에 따라 적절한 재료를 선택하여 사용하며, 특히 상기 인접하는 표면제어층 간의 코팅성 및 도막성을 향상시키는 재료를 사용한다.
특히 본 발명에서의 표면제어층은 상기 기재 상부에 복수개로 형성되되, 서로 식각저항성이 다른 재료로 형성되어, 각 표면제어층에 형성된 제어패턴의 형상이나 크기, 배열 형태가 상이하게 형성되도록 하여 상호 중첩되더라도 각 제어패턴의 형상이 반영되도록 한다.
바람직하게는 기재로부터 가깝게 형성된 표면제어층에 대해 상대적으로 기재로부터 멀게 형성된 표면제어층의 식각저항성이 더 높은 재료로 형성되도록 하여, 최상부층에 가까울수록 표면제어층에 형성된 제어패턴의 크기가 상대적으로 작게 형성된다. 본 발명에서의 식각의 의미는 물리적, 화학적 모든 식각 공정을 포함하며, 특히 현상 공정에 따른 식각도 포함된다.
이러한 표면제어층의 종류, 두께, 식각저항성의 차이 및 노광 공정에서의 노광 공정 조건(표면제어층의 두께, 에너지 조사 시간, 현상 시간, 현상 온도, 경화 온도와 시간 등) 등에 따라 각 표면제어층에 형성된 제어패턴의 형상 및 크기는 다양하게 형성될 수 있으며, 최적의 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하기 위해 인접하는 제어패턴 간의 그 크기 비율을 조절할 수 있다.
특히 기재에 가깝게 형성된 표면제어층의 경우, 상기 기재의 표면 제어 영역 확보에 관여하게 되므로, 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적을 고려하여 노광 공정 및 식각 공정에 따른 식각저항성을 고려하여 적절한 종류의 재료를 적절한 두께로 형성한다.
그리고 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 이루게 된다.
본 발명에서의 노광 공정이라 함은 상기 표면제어층에 형성하고자 하는 제어패턴의 위치나 크기 등을 고려하여 최상부의 표면제어층을 포함하여 에너지를 선택적으로 조사하여, 적절한 경도로 경화시키고, 현상 공정을 진행함으로써, 각 표면제어층에 제어패턴이 형성되도록 하는 것이다.
여기에서 표면제어층의 식각저항성에 따라 현상 공정에 따른 표면제어층에 형성되는 제어패턴의 형상 및 크기는 조절되게 된다.
상술한 바와 같이, 기재에 가까운 표면제어층의 식각저항성이 상대적으로 더 낮은 경우, 상기 제어패턴의 폭은 기재에 가까울수록 더 크게 형성되며, 이는 후술한 기재 상부의 표면 제어 영역이 되게 된다.
일반적인 노광 공정에 따른 현상 공정에 의하면, 상부층의 제어패턴은 그 하부의 제어패턴과 비교하여 언더컷(Under-cut) 형상 정도로 형성되므로, 본 발명에 따른 표면 제어 영역의 구현은 어렵다.
본 발명에서는 식각저항성의 차이를 두면서 상기 노광 공정에서의 현상 공정이 추가적으로 과도하게 이루어지도록 하여, 언더컷에서 더욱 확장된 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제어패턴을 형성하도록 하는 것이다.
상기 추가적인 현상 공정은 상기 현상 공정 중 현상 시간을 더 늘리거나, 현상액의 농도 또는 현상 온도를 더 높이거나, 현상액의 종류를 달리하는 것 등으로 실현될 수 있다.
따라서, 각 제어패턴에 의해 노출되는 기재의 일부 영역은 표면 제어 영역으로 확보되게 된다.
즉, 상기 확장컷의 정도를 조절함으로써, 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적이 조절되며, 이는 곧 기재의 표면제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)로 이어지게 된다.
한편, 상기 현상 공정 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여, 상기 확장컷을 더욱 확장시킬 수 있다. 이는 사용 목적에 따라 기재의 표면 제어 영역의 면적을 조절하고자 할 때 유용하게 사용될 수 있는 공정이다.
이러한, 상기 표면제어층에 형성되는 제어패턴의 면적은 노광 공정 조건(표면제어층의 두께, 에너지 조사 시간, 현상 시간, 현상 온도, 경화 온도와 시간 등)에 따라 제어될 수 있다.
예컨대, 상기 표면제어층의 경화도가 높으면 상대적으로 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적이 작게 확보될 수 있으며, 상기 경화도가 낮으면 상대적으로 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적을 크게 확보할 수 있어, 상기 기재의 표면적 제어가 매우 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 기재의 표면 제어 영역을 확보하기 위한 제어패턴에 따른 확장컷 형성은, 노광 공정 조건에 따른 상기 제어패턴의 크기 및 형상, 상기 표면제어층의 경화도, 그리고 현상 공정 조건 또는 식각 공정 조건 등에 따라 제어되게 된다.
그리고, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성한다.
일반적으로 양자점은 외부의 빛에 의해 여기된 포톤(Photon)이 안정화되면서 양자점의 밴드갭 에너지에 상당하는 빛을 방출하게 되며, 방출하는 빛의 파장은 양자점의 입자 크기별로 다르며, 다양한 색을 표현할 수 있고, 색재현성이 우수한 특징을 가지고 있다.
이와 같이 본 발명은 표면제어층을 이용하여 기재를 다양한 방식으로 표면제어를 우선 수행하고, 그 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하는 것으로, 기재의 표면제어 특성과 더불어 특정한 위치에 다양한 양자점을 형성하여 그 특성을 추가로 발현시키고자 하는 것이다.
본 발명에서는 기재의 표면 제어 영역의 특성(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절)과 그에 중첩되어 형성된 양자점을 포함하여, "양자점을 포함하는 구조체"의 의미로 사용되며, 필요에 따라서는 양자점 패터닝 구조 자체를 의미할 때도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 양자점을 포함하는 구조체는 상기 표면 제어 영역에 형성되는 것으로, 표면제어층을 통해 양자점의 "양(Quantity)"의 제어가 용이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 양자점의 "양"은, 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체가 형성되었을 때, 양자점의 물리적 특성을 발현시키는 변수를 포함하는 것으로서, 예컨대 양자점의 종류(1종 또는 2종 이상의 종류가 다른 양자점을 이용), 양자점의 종류에 따른 혼합 비율, 양자점을 형성하는 방식, 양자점의 농도, 양자점의 직경(Diameter), 양자점의 부피(Volume) 및 양자점의 위치 등을 의미하며, 본 발명에 따른 표면제어층을 통해 양자점을 형성하는 방법에 의하면 상기 양자점의 양의 제어가 용이한 것을 특징으로 한다. 기존의 양자점 패터닝 공정에 비하면 획기적으로 단순하면서도 양자점의 특성 발현이 우수한 장점이 있다.
또한, 복수개의 표면제어층을 순차적으로 제거하면서 1종 또는 2종 이상의 양자점을 형성하거나, 2종 이상의 양자점의 혼합 비율을 달리하여 형성하는 등 다양한 방식으로 구조적 또는 재료적으로 양자점을 표면 제어 영역에 구현할 수 있다. 즉, 단일의 양자점 구조체 또는 이들이 표면 제어 영역에서 서로 중첩되게 형성된 복합 양자점 구조체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복합 양자점 구조체는 표면 제어 영역에 중첩되어 형성되는 둘 이상의 양자점 구조체 외에, 상기 기재의 표면 특성을 조절 후 양자점 구조체를 형성할 수도 있다.
즉, 상기 표면제어층을 마스크로 하여 기재의 표면 특성을 제어하거나 발현시키기 위해 기재와는 특성이 다른 물질을 상기 표면 제어 영역에 코팅 또는 증착 등을 수행하는 박막 구조체를 형성하고, 상기 박막 구조체를 포함하는 표면 제어 영역에 양자점 구조체를 형성하여 상기 박막 구조체와 양자점 구조체를 포함하는 복합 양자점 구조체로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CuInS2, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, PbSe, PbS, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한 상기 박막 구조체는 상기 기재와는 표면 특성이 다른 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 구조체일 수 있으며, 상기 기재와는 전기적 또는 광학적 성질이 다른 물질일 수 있다. 또한 상기 박막 구조체는, 표면 제어 영역 내부에서 Tilt evaporation 공정을 활용하여 경사지게 형성될 수도 있다.
예컨대 굴절률이 다른 물질을 단층 또는 다층으로 증착하여 형성할 수 있다. 특히 다층으로 증착된 경우, 상기 기재에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되거나, 상기 기재에서부터 굴절률이 낮은 물질부터 높은 물질로 증착될 수 있으며, 금속, 금속산화물, 불화물, 인화물, 질화물 및 황화물 중 어느 하나 이상을 선택하여 박막으로 증착될 수 있다.
그리고, 상기 표면제어층을 제거함으로써, 상기 기재 상의 표면 제어 영역에는 양자점을 포함하는 구조체만 형성되게 된다. 상술한 바와 같이 양자점의 양(종류, 농도, 형성 방식, 혼합 비율 등)에 따라 상기 기재의 표면에서 양자점에 의한 특성이 다양하게 발현되도록 한다.
또한, 상기 표면제어층을 한꺼번에 제거하지 않고, 상기 기재의 표면 제어 영역에 제1양자점 구조체 또는 박막 구조체를 형성하고, 최상층에서부터 표면제어층을 순차적으로 제거하면서, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 표면 제어 영역에 상기 제1양자점 구조체와는 다른 구조체(제2양자점 구조체)를 중첩형성하는 복합 양자점 구조체를 형성할 수도 있다.
즉, 상기 복합 양자점 구조체는 상기 기재 상에 제1양자점 구조체 및 제2양자점 구조체로 이루어지거나 또는 박막 구조체 및 제2양자점 구조체로 이루어질 수 있다.
이러한 공정을 반복수행함으로써 각 구조체는 2종 이상의 양자점으로 형성되거나, 서로 다른 농도를 갖는 양자점으로 형성되거나, 서로 다른 비율을 갖는 2종 이상의 양자점으로 형성되거나, 부피가 큰 양자점으로 형성되는 등, 복수개의 표면제어층을 순차적으로 제거하면서 잔존 표면제어층은 마스크로 이용하여 확보된 표면 제어 영역에 형성되게 된다.
특히, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 복수개의 표면제어층은 기재에 가까운 표면제어층일수록 더 많이 식각된 제어패턴, 즉 확장컷을 이루는 제어패턴을 가지며, 이에 의해 확보된 표면 제어 영역에 본 발명에 따른 양자점을 포함하는 구조체가 형성되게 된다.
또한, 필요에 따라 상기 표면 제어 영역에 접착증진(Adhesion promoter) 표면처리 또는 소수성 표면처리를 수행할 수 있다. 이에 의해 특정 물성을 갖는 양자점을 더 많이 또는 더 적게 상기 표면 제어 영역에 형성하거나, 표면 제어 영역의 특정 위치에 양자점의 형성이 가능하도록 하거나, 표면 제어 영역에 특정 패턴으로 형성이 가능하도록 한다.
상기 접착증진 표면처리는, 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 프로모터(Promoter) 수지를 코팅하거나, 산소 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리, 마이크로파 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하여 구현한다.
상기 프로모터 수지로는, hexamethyldisilzane(HMDS), acryloxypropyl methyl dichlorosilane(APMDS), 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane(GPTS), aminopropyltriethoxysilane(APTS), aminoalkyltrimethoxysilane(ATS), 3-aminopropyltriethoxysilane(APTES), Oxygen plasma treatment 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다
상기 소수성 표면처리는, 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 소수성 물질을 코팅, 플라즈마 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하여 구현한다.
상기 소수성 물질로는, octadecyltrichlorosilane(OTS), 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltrichlorosilane(FTCS), tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane(FOTS), dichlorodimethylsilane(DDMS), diamond-like carbon(DLC) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
여기에서, 상기 기재의 표면 제어 영역에는 제어패턴이 형성된 표면제어층을 식각마스크로 하여 식각패턴을 더 형성할 수 있으며, 상기 식각패턴에 상술한 양자점을 포함하는 구조체를 형성하여, 표면적이 확장된 다양한 형태의 3차원 패턴을 갖는 구조체를 구현할 수 있다.
상기 식각패턴은 상기 복수개의 표면제어층을 식각마스크로 하여 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나, 건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
즉, 상기 식각패턴의 깊이나 폭, 배열 등에 따라 기재의 표면적 확장, 기재의 표면 형성 변경 등을 유도할 수 있으며, 이러한 영역에 단일 양자점 구조체 또는 복합 양자점 구조체가 형성되게 된다.
또한 상기 표면제어층을 제거하기 전에 표면제어층을 마스크로 하여 양자점을 포함하는 구조체 상부에 보호층을 형성하여, 양자점을 포함하는 구조체를 보호하게 된다.
상기 보호층은 본 발명에 따른 양자점을 포함하는 구조체를 외부로부터 보호하거나, 표면제어층을 제거하는 과정에서 일부가 제거되는 경우가 있어 이를 방지하기 위한 것으로서, 상기 양자점을 포함하는 구조체의 일부 또는 전체를 덮는 박막일 수 있으며, 상기 양자점을 포함하는 구조체에서 방출되는 빛을 투과시킬 수 있는 높은 광투과도의 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 표면제어층을 제거하기 전에 양자점을 포함하는 구조체의 형성 후 열처리를 수행할 수 있으며, 이는 양자점의 양을 조절하기 위한 것이다.
이와 같이 복수개의 표면제어층을 이용하여 표면 제어 영역의 면적 및 구조를 다양하게 조절하는 등, 기재 표면의 표면제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 다양한 표면 특성의 발현이 가능하도록 하는 등 그 적용성을 높이게 된다.
이러한 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 복합 양자점 구조체를 형성할 수 있어, 기재의 표면 특성을 개선 또는 발현시키는 것이 매우 용이한 장점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예로, 표면제어층이 2개층으로 형성된 경우에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1 내지 도 6은 표면제어층을 2개층으로 한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체 형성방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다. 도 7(a)은 종래의 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경) 및 광학 이미지를 나타낸 도이고, 도 7(b), 도 7(c), 도 7(d)는 본 발명의 일실시예에 따라 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM 및 광학 이미지를 측정한 데이타를 나타낸 도이다. 도 8의 (a), (c) 및 (e)는 종래의 현상 시간(20초)에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도이고, 도 8의 (b), (d) 및 (f)은 본 발명의 일실시예에 따라 현상 시간에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 확장컷의 부피(Volume) 조절을 위하여 기재 상에 다양한 표면 제어 영역을 나타낸 패턴 시뮬레이션 결과와 실제로 확장컷 구현 결과를 비교한 도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 양자점을 포함하는 구조체가 형성된 표면 제어 기재에 대한 광학 이미지[도 10의 (a), (b)]와 각각에 대한 PL(Photoluminescence, 발광 세기)을 측정한 결과를 나타낸 도[도 10의 (c), (d)]이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 표면 제어 영역에 식각 패턴을 형성한 이후에 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점 잉크의 농도 변화에 따른 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점을 포함하는 구조체에 대한 광학 이미지 및 PL 변화를 측정한 결과를 나타낸 도[Green 양자점의 농도 조건 변화 - 도 11의 (a),(b),(c),(d),(e) 및 (f), Red 양자점의 Dispensing 양 조건 변화 - 도 11의 (g),(h),(i) 및 (j), Red 양자점의 Spin-coating 조건 변화 - 도 11의 (k),(l),(m) 및 (n)]이며, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 표면 제어 영역에 식각 패턴을 형성한 이후에 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점 잉크의 혼합 비율을 조절하여 형성된 양자점을 포함하는 구조체에 대한 광학 이미지[도 12의 (a),(b)] 및 양자점 잉크의 혼합 비율에 따른 PL 변화를 측정한 결과를 나타낸 도[도 12의 (c),(d),(e),(f),(g) 및 (h)]이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 표면 제어 영역(110)에 양자점이 포함된 구조체(400)를 형성하는 방법은, 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하는 제1단계와, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성하는 제2단계와, 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하는 제3단계와, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하는 제4단계와, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보하는 제5단계와, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성하거나 박막 구조체(420)를 형성하는 제6단계와, 상기 제2표면제어층(300) 및 상기 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1양자점 구조체(411)를 형성하거나, 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2양자점 구조체(412)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1양자점 구조체(411) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체 또는 박막 구조체(420) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명은 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성한다(제1단계).
본 발명에 따른 기재(100)는 응용 분야에 따라 무기물 기판, 유기물 기판 또는 박막, 반도체 소자, 특히 광전소자의 최상부층 등이 될 수 있으며, 표면을 제어하여 각각의 용도 및 목적에 부합하도록 상기 기재(100)의 표면에 표면 제어 영역(110)에 양자점이 포함된 구조체(400)를 형성하게 된다.
구체적으로는 상기 기재(100)는, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, InP, Ge, InAs, GaSb, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판을 사용할 수 있다.
또는, 응용분야에 따라 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌(Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드(Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리에스터(Polyester) 폴리메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나의 고분자 기판을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예로 상기 기재(100)는 최상부층으로 n형 반도체층 또는 p형 반도체층을 갖는 반도체 적층체일 수도 있으며, 상기 최상부층에 본 발명에 따른 표면 제어 영역(110)에 양자점이 포함된 구조체(400)를 형성하는 것이다.
상기 제1표면제어층(200)은 상기 기재(100)의 종류, 용도 및 목적, 후술할 제2표면제어층(300)의 종류에 따라 적절한 재료를 선택하여 사용하며, 특히 상기 제2표면제어층(300)의 코팅성 및 도막성을 향상시키고, 제2표면제어층(300)에 비해 식각저항성이 낮은 고분자 재료를 사용한다.
또한, 상기 제1표면제어층(200)은 상기 기재(100) 상부에 형성되어 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110) 확보에 관여하게 되므로, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 현상 공정 및 식각 공정에 따른 식각저항성을 고려하여 적절한 종류의 재료를 적절한 두께로 상기 기재(100) 상부에 형성한다.
이러한 상기 제1표면제어층(200)은, PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA[Poly(methyl methacrylate)], PBMA[Poly(benzyl methacrylate)], Polystylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM[Poly(vinyl formal)], Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide, PMGI(Polymethylglutarimide), MMA/MAA (methyl methacrylate/methacrylic acid), P(MMA-co-MAA)[Poly(methylmethacrylate-co-methacrylic acid] 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 제1표면제어층(200)은 기재(100) 상부에 스핀 코팅(Spin Coating), 딥 코팅(Dip coating) 또는 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 방법으로 형성하고, 50℃~300℃ 온도로 15초~10분간 가열처리하여 대략 50㎛ 이하의 두께로 형성된다.
또는 제1표면제어층(200)의 종류와 두께에 따라, 증착 또는 코팅의 조건을 상이하게 설정할 수 있으며, 상기 제1표면제어층(200)의 증착 또는 코팅은 다양한 방식에 의해 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(제2단계).
여기에서 상기 식각저항성은 상기 제1표면제어층(200)과 제2표면제어층(300)을 동시에 식각할 때, 상기 제2표면제어층(300)에 비해 상기 제1표면제어층(200)의 식각률이 더 높은 것을 의미한다. 본 발명에서의 식각의 의미는 물리적, 화학적 모든 식각 공정을 포함하며, 특히 현상 공정에 따른 식각도 포함된다.
바람직하게는 상기 제1표면제어층(200)과 상기 제2표면제어층(300)의 식각저항성비는 1 : 1.1~10인 것을 특징으로 하며, 이는 상기 기재(100) 상부에 표면 제어 영역(110) 확보를 위한 최적의 조건으로, 이보다 제1표면제어층(200)의 식각률이 높으면 제1표면제어층(200)으로 이루어진 격벽이 무너져 표면 제어 영역(110)에 따른 패턴 형성이 되지 않거나 인접하는 패턴과 중첩되는 문제가 있으며, 이보다 식각률이 낮으면 표면 제어 영역(110)으로써 효용성이 떨어지게 된다.
이러한 상기 제2표면제어층(300)은 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 포토레지스트 또는 감광성 금속-유기물 전구체 재료를 사용할 수 있다.
여기에서 상기 포토레지스트는 Positive-type의 포토레지스트와 Negative-type의 포토레지스트를 포함할 수 있으며, 전자빔 레지스트, KrF 레지스트 및 ArF 레지스트 등을 포함할 수 있다.
또한, 식각저항성을 조절하기 위해 이러한 포토레지스트에 실리콘(Silicon) 또는 금속산화물(Metal Oxide) 나노입자(Nanoparticle)를 포함할 수 있으며, 상기 제1표면제어층(200)에 대해 식각저항성이 더욱 높은 재료를 사용한다.
상기 감광성 금속-유기물 전구체는 금속-유기물 전구체와 유기 용매를 혼합하여 합성할 수 있으며, 감광성 Zn-유기물 전구체, 감광성 Sn-유기물 전구체, 감광성 Ti-유기물 전구체 등 다양한 금속이 상기 감광성 금속-유기물 전구체에 포함되어 상기 제1표면제어층(200)에 대해 식각저항성이 더 높도록 한다.
상기 포토레지스트 및 상기 감광성 금속 유기물 전구체는 상기 제1표면제어층(200) 상부에 스핀 코팅(Spin coating), 딥 코팅(Dip coating) 또는 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 방법으로 코팅된 후 경화되되, 상기 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 경화도(열, 광 또는 열과 광)가 조절되도록 한다.
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성한다(제3단계).
상기 노광 공정은 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 상기 제1제어패턴(310)의 형상, 크기 및 배열을 설계하며, 이에 따라 상기 제2표면제어층(300) 상측에 선택적으로 노광[열 또는 광(자외선, 극자외선, 전자빔 및 X-선 등)]을 실시하거나, 설계된 마스크를 상기 제2표면제어층(300) 상측에 위치시키고, 노광을 실시한 후, 현상 공정을 거치는 것으로, 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성한다.
여기에서, 적절한 에너지를 조사하여 상기 제2표면제어층(300)의 경화도를 조절할 수 있으며, 이에 의해 상기 제1제어패턴(310)의 크기를 조절할 수 있다.
또한 상기 현상 공정은 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 현상액의 종류, 농도, 현상 시간, 현상 온도 등과 같은 현상 공정 조건을 조절하여 수행한다.
그리고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성한다(제4단계). 그리고 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다(제5단계).
그리고, 상기 제5단계는 상기 제4단계의 확장컷을 이루는 제2제어패턴(210)의 면적 변화를 통하여 상기 표면 제어 영역(110)의 크기가 조절될 수 있다.
일반적인 현상 공정에 의하면, 상기 제2제어패턴(210)은 상기 제1제어패턴(310)의 아래에 상기 제1표면제어층(200)의 언더컷(Under-cut) 형상 정도로 형성되며, 본 발명에 따른 표면 제어 영역(110)의 구현이 어렵다.
본 발명에서는 상기 제3단계의 노광 공정에서의 현상 공정에 이어서 추가적인 과도한 현상 공정을 수행하여 언더컷에서 더욱 확장된 확장컷을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하는 것이다.
상기 추가적인 현상 공정은 상기 현상 공정 중 현상 시간을 더 늘리거나, 현상액의 농도 또는 현상 온도를 더 높이거나, 제1제어패턴(310) 형성시 사용했던 현상액과 제2제어패턴(210) 형성시 사용하는 현상액의 종류를 달리하는 것 등으로 실현될 수 있다.
따라서, 상기 제2표면제어층(300)의 상기 제1제어패턴(310)의 아래로 확장컷으로 형성된 제2제어패턴(210)을 이루며, 이에 의해 노출되는 기재(100)의 일부 영역은 표면 제어 영역(110)으로 확보되게 된다.
즉, 상기 확장컷의 정도(제2제어패턴(210)의 면적)를 조절함으로써, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적이 조절되며, 이는 곧 기재(100)의 표면제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)로 이어지게 된다.
한편, 상기 현상 공정 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 제1표면제어층(200)을 건식 식각 또는 습식 식각하여, 상기 확장컷을 더욱 확장시킨 제2제어패턴(210)을 형성할 수 있다. 이는 사용 목적에 따라 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적을 조절하고자 할 때 유용하게 사용될 수 있는 공정이다.
이러한, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)의 면적은 상기 현상 공정 중 상술한 바와 같이 현상 시간, 현상 온도와 더불어 상기 제1표면제어층(200)의 경화도에 의해 제어될 수 있다.
즉, 상기 제1표면제어층(200)의 경화도가 높으면 상대적으로 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적이 작게 확보될 수 있으며, 상기 경화도가 낮으면 상대적으로 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적을 크게 확보할 수 있어, 상기 기재(100)의 표면적 제어가 매우 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 기재(100)의 표면 제어 영역(110)을 확보하기 위한 제1표면제어층(200)의 확장컷 형성은, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 크기, 형상 및 배열, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)의 크기, 형상 및 배열, 상기 제1표면제어층(200) 및 제2표면제어층(300)의 경화도, 그리고 현상 공정 조건 또는 식각 공정 조건 등에 따라 제어되게 된다.
또한, 상기 제2제어패턴(210)은 상기 제1제어패턴(310)을 형성하는 과정에서 연속적으로 확장컷이 형성되도록 할 수도 있으며, 상기 제1제어패턴(310)을 형성한 후 순차적으로 다른 조건의 노광 공정, 다른 조건의 현상 공정을 실시하거나 건식 또는 습식 식각 공정을 실시하여 확장컷이 형성되도록 할 수 있다.
또한, 필요에 따라 상기 표면 제어 영역(110)에 접착증진(Adhesion promoter) 표면처리 또는 소수성 표면처리를 수행할 수 있다. 이에 의해 특정 물성을 갖는 양자점을 더 많이 또는 더 적게 상기 표면 제어 영역(110)에 형성하거나, 표면 제어 영역(110)의 특정 위치에 양자점의 형성이 가능하도록 하거나, 표면 제어 영역(110)에 특정 패턴으로 형성이 가능하도록 한다.
상기 접착증진 표면처리는, 상기 기재(100) 상의 표면 제어 영역(110)에 프로모터(Promoter) 수지를 코팅하거나, 산소 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리, 마이크로파 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하여 구현한다.
상기 프로모터 수지로는, hexamethyldisilzane(HMDS), acryloxypropyl methyl dichlorosilane(APMDS), 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane(GPTS), aminopropyltriethoxysilane(APTS), aminoalkyltrimethoxysilane(ATS), 3-aminopropyltriethoxysilane(APTES), Oxygen plasma treatment 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다
상기 소수성 표면처리는, 상기 기재(100) 상의 표면 제어 영역(110)에 소수성 물질을 코팅, 플라즈마 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하여 구현한다.
상기 소수성 물질로는, octadecyltrichlorosilane(OTS), 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltrichlorosilane(FTCS), tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane(FOTS), dichlorodimethylsilane(DDMS), diamond-like carbon(DLC) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이에 의해 다양한 표면 특성을 갖는 표면 제어 영역(110)이 확보된 기재(100)를 제공하게 되며, 표면제어층의 개수가 많을수록 기재(100) 표면의 표면적 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면적 제어가 용이하고 그 적용성을 높일 수 있으며, 상기 표면 제어 영역(110)에 본 발명에 따른 양자점이 포함된 구조체가 형성되게 된다.
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411) 또는 박막 구조체(420)를 형성한다(제6단계).
상기 제6단계는 복수개의 표면제어층에 의해 확보된 표면 제어 영역(110)에 구조체를 형성하는 것으로서, 기재(100)의 표면 특성의 개선 및 특정 표면 특성을 발현시키기 위한 것으로서, 본 발명에서는 양자점 구조체(410) 또는 박막 구조체(420)를 형성하는 것이다.
상기 양자점은 외부의 빛에 의해 여기된 포톤(Photon)이 안정화되면서 양자점의 밴드갭 에너지에 상당하는 빛을 방출하게 되며, 방출하는 빛의 파장은 양자점의 입자 크기별로 다르며, 다양한 색을 표현할 수 있다.
이러한 양자점은 색재현력과 양자 효율이 우수하며, 광안정성이 뛰어나 발광 다이오드의 단점을 보완할 수 있는 소재로 부상하고 있어 광전소자에 광범위하게 적용될 수 있으며, 입자의 크기에 따라 모든 색을 표현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 다양하게 표면제어된 기재 상의 표면 제어 영역(110)에 양자점을 포함하는 구조체를 형성함으로써, 상기 양자점의 특성이 발현되도록 기재(100)의 표면 특성의 개선 또는 특정 특성의 발현을 도모하도록 하는 것이다.
상기 제1양자점 구조체(411)는 상기 표면 제어 영역(110)에 양자점의 양을 제어하면서 형성될 수 있다. 예컨대 양자점의 종류(1종 또는 2종 이상의 종류가 다른 양자점을 이용), 양자점의 종류에 따른 혼합 비율, 양자점을 형성하는 방식, 양자점의 농도, 양자점의 직경(Diameter), 양자점의 부피(Volume) 및 양자점의 위치 등을 제어하면서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 표면제어층을 이용한 양자점의 양을 제어하는 방식은 기존의 양자점 패터닝 공정에 비하면 획기적으로 단순하면서도 양자점의 특성 발현이 우수한 장점이 있다.
본 발명은 1종 또는 2종 이상의 종류가 다른 양자점을 형성하거나, 상기 표면 제어 영역(110)에 양자점을 형성하는 방식을 달리 구현하거나, 각 양자점의 농도를 달리하거나, 복수개의 표면제어층을 순차적으로 제거하면서 1종 또는 2종 이상의 양자점을 형성하거나, 양자점의 부피, 2종 이상의 양자점의 혼합 비율을 달리하여 형성하는 등 구조적 또는 재료적으로 다양하게 구현할 수 있다.
즉, 단일의 양자점 구조체 또는 이들이 표면 제어 영역(110)에서 서로 중첩되게 형성된 복합 양자점 구조체로 형성될 수 있어, 그 응용분야를 다양화하고, 적용성을 더 높일 수 있도록 한다.
상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CuInS2, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, PbSe, PbS, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
그리고 상기 박막 구조체(420)는 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 기재(100)와는 표면 특성이 다른 박막층으로, 단층 또는 다층으로 형성하게 된다.
상기 박막 구조체(420)는 상기 기재(100)와는 전기적 또는 광학적 성질이 다른 물질로, 예컨대 굴절률이 다른 물질을 단층 또는 다층으로 증착하여 형성할 수 있다. 특히 다층으로 증착된 경우, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되거나, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 낮은 물질부터 높은 물질로 증착될 수 있으며, 금속, 금속산화물, 불화물, 인화물, 질화물 및 황화물 중 어느 하나 이상을 선택하여 박막으로 증착될 수 있다.
그리고, 상기 제2표면제어층(300) 및 상기 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1양자점 구조체(411)를 형성하거나, 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2양자점 구조체(412)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1양자점 구조체(411) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체 또는 박막 구조체(420) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하게 된다(제7단계).
즉, 양자점만으로 이루어진 제1양자점 구조체(411)만을 형성하기 위해서는 제2표면제어층(300) 및 상기 제1표면제어층(200)을 모두 제거하며, 상기 제1양자점 구조체(411)의 양을 제어하여 상기 기재(100)의 표면 특성을 제어하거나 특정 표면 특성을 발현할 수 있게 된다. 여기에서 상기 제1양자점 구조체(411)는 1종 또는 2종 이상의 양자점 물질을 사용할 수 있다.
또한, 상기 표면제어층을 한꺼번에 제거하지 않고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성하거나 박막 구조체(420)를 형성하고(제6단계), 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2양자점 구조체(412)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1양자점 구조체(411) 및 제2양자점 구조체(412) 또는 박막 구조체(420) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하게 된다(제7단계).
즉, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 상기 제1양자점 구조체(411)와는 다른 구조체를 중첩형성하는 복합 양자점 구조체를 형성할 수도 있으며, 이러한 공정을 반복수행함으로써 각 구조체는 서로 다른 물질로 형성되거나, 다른 구조, 양자점의 경우 서로 다른 위치에 또는 같은 위치에 농도, 형성 방식, 비율 등을 달리하여 중첩하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 복수개의 표면제어층은 기재(100)에 가까운 표면제어층일수록 더 많이 식각된 제어패턴, 즉 확장컷을 이루는 제어패턴을 가지며, 이에 의해 확보된 표면 제어 영역(110)에 본 발명에 따른 구조체가 형성되게 된다.
또한 상기 제6단계 이후에 또는 상기 제7단계의 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하기 전에 보호층을 형성하여, 상기 제1양자점 구조체(411), 제2양자점 구조체(412) 및 복합 양자점 구조체 중 어느 하나 이상을 보호하게 된다.
즉, 상기 제6단계에서의 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(320) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성하고, 이를 보호하기 위하여 보호층을 형성하거나, 상기 제7단계의 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2양자점 구조체(412)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하기 전에 보호층을 형성하여 상기 제2양자점 구조체나 복합 양자점 구조체를 보호하게 된다.
상기 보호층은 본 발명에 따른 양자점 구조체를 외부로부터 보호하거나, 표면제어층을 제거하는 과정에서 일부가 제거되는 경우가 있어 이를 방지하기 위한 것으로서, 상기 양자점 구조체의 일부 또는 전체를 덮는 박막일 수 있으며, 상기 제1양자점 구조체(411), 제2양자점 구조체(412) 및 복합 양자점 구조체에서 방출되는 빛을 투과시킬 수 있는 높은 광투과도의 특성을 가질 수 있다.
구체적으로는 상기 보호층은 SiO2, TiO2, SiO2/TiO2의 반복적인 적층 구조, SiNx, SiON, Al2O3, MgO, Ta2O5, HfO2, ZrO2, ZnO, ZnS 및 MgF2 중 어느 하나 이상의 무기물 보호층 이거나, 에폭시(Epoxy), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌(Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드(Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리에스터(Polyester), 폴리메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나 이상의 유기물 보호층을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1표면제어층(200)이나 상기 제2표면제어층(300)을 제거하기 전에 제1양자점 구조체(411)나 제2양자점 구조체(412) 또는 복합 양자점 구조체의 형성 후 열처리를 수행할 수 있다.
이는 양자점의 양을 조절하기 위하여 오븐(Oven) 또는 핫플레이트(Hot plate)를 이용한 열경화 처리, 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리, 마이크로파 처리 중 어느 하나의 방법을 이용한다.
구체적으로는 열경화 처리는 40℃에서 250℃의 범위에서 10초에서 1시간 범위 이내로 유지하거나 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리 및 마이크로파 처리는 10초에서 1시간 범위 이내로 유지하여 경화 처리할 수 있다. 이는 표면제어층을 제거하기 전에 표면 제어 영역에 형성된 양자점의 양을 유지 또는 조절하는 역할을 할 수 있다.
상기 제1표면제어층(200) 및 제2표면제어층(300)의 제거를 위한 용매는, Acetone, Isopropyl alcohol, Hydrofluoric acid(HF), Phosphoric acid(H3PO4), Hydrochloric acid(HCl), Nitric acid(HNO3), Acetic acid(CH3COOH), Sulfuric acid(H2SO4), Dihydrogen dioxide(H2O2), Potassium hydroxide(KOH), 4-Methyl-2-pentanone, Ketone, MIBK(Methyl Iso Butyl Ketone), Methyl Ethyl Ketone, Water(H2O), Methanol(CH3OH), Ethanol(C2H5OH), Propanol, Isopropanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, DMSO(Dimethyl sulfoxide), DMF(Dimethylformamide), NMP(N-Methyl Pyrrolidone), 1-Methyl-2-pyrrolidone, 1-Methyl-3-pyrrolidone, Dimethylacetamide, N,N-Dimethylacetamide, n-Amyl Acetate, TMAH(Tetramethylammonium hydroxide), Acetonitrile, THF(Tetrahydrofuran), Nonane(C9H20), Octane, Heptane, Pentane, 2-Methoxyethanol, ZDMAC, AZ 300 MIF 으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 사용한다.
여기에서, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에는 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 더 형성할 수 있으며, 상기 식각패턴(430)에 상술한 양자점을 포함하는 구조체를 형성하여, 다양한 특성 및 구조를 갖는 3차원 패턴 구조체를 구현할 수 있게 된다.
상기 식각패턴(430)은 상기 복수개의 표면제어층을 식각마스크로 하여 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나, 건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
즉, 상기 식각패턴(430)의 깊이나 폭, 배열 등에 따라 기재(100)의 표면적 확장, 기재(100)의 표면 형상 변경 등을 유도할 수 있으며, 이러한 영역에 1종 또는 2종 이상의 양자점 구조체 또는 박막 구조체(420) 등 복합 양자점 구조체가 형성되게 된다.
이와 같이 표면 제어 영역(110)에 양자점이 포함된 구조체(400)가 형성된 기재(100)를 제공하게 되며, 복수개의 표면제어층을 형성함으로써, 기재(100) 표면의 표면제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 다양한 표면 특성의 발현이 가능하도록 하는 등 그 적용성을 높이게 된다.
이에 의해 본 발명은 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층에 의해 표면 제어 영역(110)이 확보된 기재(100)와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재(100) 상의 표면 제어 영역(110)에 형성된 양자점이 포함된 구조체(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체(400)가 형성된 표면 제어 기재(100)를 제공하게 된다.
본 발명의 일실시예로 표면제어층이 2개로 형성된 경우, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)은 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 배열 형태, 패턴 싸이즈, 패턴 간 거리, 패턴의 형상 등에 의존되게 된다. 즉, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 따라 확장컷 영역이 조절되게 된다.
예컨대, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)은, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 배열 형태에 따라 배열 형태가 결정되거나, 또는 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310) 간 거리에 의해 패턴의 형상이 조절될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정한 확장컷 형성 조건에서 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 배열 형태가 Sqare array(Hexagonal array)이면, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)의 배열도 Square array(Hexagonal array)가 형성되고, 또한, 특정한 확장컷 형성 조건에서 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310) 간의 거리가 같으면 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210) 간의 연결이 가능하며, 패턴 간의 거리가 다르면 패턴 간의 분리가 가능한 특징이 있다.
또한, 상기 식각패턴(430)은 표면제어층을 제거하면서 2차식각패턴, 3차식각패턴 등을 형성할 수도 있다. 상기 3차식각패턴은 1차식각패턴 및 2차식각패턴에 중첩적으로 형성된다.
또한, 표면제어층의 개수에 따라 건식 또는 습식 식각 공정을 표면적이 확장되는 방향이나 표면 형상이 변경되는 방향으로 다수 회 진행하여 n차식각패턴을 중첩적으로 형성할 수 있으며, 이러한 표면 제어 영역(110)에 본 발명에 따른 구조체(400)가 형성된다.
상술한 바와 같이, 상기 제1양자점 구조체(411), 제2양자점 구조체(412), 박막 구조체(420), 식각패턴(430)은 상기 표면제어층의 개수, 두께나 상기 제1제어패턴(310) 및 확장컷을 이루는 제2제어패턴(210)의 크기에 유기적이면서 복합적으로 의존되게 된다.
즉, 상기 제1제어패턴(310) 및 제2제어패턴(210) 크기의 조절에 의해 상기 기재(100)의 표면 상태를 변경, 예컨대 표면적의 형상 및 확장 정도를 조절할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 양자점이 포함된 구조체(400)를 다양하게 형성할 수 있다.
이러한 구조체는 기재(100) 고유의 특성을 개선시키거나, 특정 특성을 발현시키는 것으로, 예컨대, 상기 박막 구조체(420)로 상기 표면 제어 영역(110)에 상기 기재(100)와는 굴절률이 다른 물질을 증착하거나, 기재(100)와는 다른 친수성, 소수성을 갖거나, 기재(100)와는 다른 전기적 또는 화학적 성질을 갖는 등, 필요 목적에 따라 다양한 성질을 갖는 박막층으로 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예로는 상기 박막층으로 굴절률 제어층을 형성할 수 있으며, 상기 기재(100)와는 굴절률이 다른 물질을 단층 또는 다층으로 증착하여, 굴절률을 제어하도록 한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따라 상기 제1표면제어층(200)의 확장컷에 의해 형성되는 표면 제어 영역(110)에 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 수행하거나, 건식 식각 공정과 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 건식 식각 공정을 수행하여 형성된 식각패턴(430)에 상기 기재(100)와는 굴절률이 다른 물질을 증착함으로써 굴절률 제어층을 형성하여, 상기 기재(100)의 굴절률을 제어하도록 한 것이다.
상기 굴절률 제어층이 다층으로 증착되는 경우, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되거나, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 낮은 물질부터 높은 물질로 증착될 수 있다.
여기에서 상기 표면 제어 영역(110)에 굴절률 제어층이 형성된 상태에서, 상술하 바와 같이 1종 또는 2종 이상의 양자점 구조체를 형성하여 복합 양자점 구조체를 구현할 수 있다.
이는 상기 기재(100)의 용도에 따라 박막 구조체로 박막층(굴절률 제어층) 및 양자점 구조체의 조합에 의해 광 경로 제어가 용이하여 광추출 효율을 개선하거나, 필요에 따라 빛의 난반사 또는 전반사를 유도하면서 광변환 효율을 개선하는 용도로 사용될 수도 있다.
또한 센서 용도에 따라 적절하게 디텍터를 구성할 수 있으며, 발광되는 빛의 변조가 가능하고, 세기를 조절할 수 있도록 하여 다양한 전자 소자에 활용할 수 있다.
본 발명의 일실시예로 상기 기재(100)가 광전소자의 최상부층일 수 있다.
상기 광전소자는 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 중 어느 하나 일 수 있다.
상기 광전소자 중 발광다이오드의 경우, 그 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층의 경우 상기 박막 구조체(420)로 굴절률 제어층은 상기 기재(100)보다 굴절률이 낮거나, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되어, 상기 기재(100)와 공기 간의 굴절률 차이를 줄여 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선하도록 하는 것이다.
상기 굴절률 제어층은, 상기 기재(100)의 용도에 따라 금속, 금속산화물, 불화물, 인화물, 질화물 및 황화물 중 어느 하나 이상을 선택하여 박막으로 증착될 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 표면제어층이 두개로 형성된 경우, 상기 기재(100) 상의 표면 제어 영역(110)에 구조체를 형성하는 것을 도시한 것이다.
도 1에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].
상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제1양자점 구조체(411)를 형성한 경우(d), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제1양자점 구조체(411)를 형성한 경우(f)].
그리고, 상기 표면제어층을 모두 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성하게 된다[(e),(g)].
도 2에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 형성한다(d).
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제1양자점 구조체(411)를 형성한 경우(e), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(g)].
그리고, 상기 표면제어층을 모두 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성하게 된다[(h),(f)].
도 3에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 1차식각패턴(430)을 형성한다(d).
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(e), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역(110)에 2차식각패턴(430)을 형성한다(f).
그리고, 상기 1차식각패턴 및 2차식각패턴을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 제1양자점 구조체(411)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제1양자점 구조체(411)를 형성한 경우(g), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제1양자점 구조체(411)를 형성한 경우(i)].
그리고, 상기 표면제어층을 모두 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제1양자점 구조체(411)를 형성하게 된다[(h),(j)].
도 4에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 박막 구조체(420)를 형성한다(d).
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(e), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역(110)의 상기 박막층과 중첩되도록 제2양자점 구조체(412)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(f), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(h)].
그리고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제2양자점 구조체(412) 및 박막 구조체(420)로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하게 된다[(g),(i)].
도 5에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 형성한다(d).
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)의 상기 식각패턴(430)에 박막 구조체(420)를 다층으로 형성한다(e).
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(f), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)의 상기 박막 구조체(420)와 중첩되도록 제2양자점 구조체(412)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(g), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(i)].
그리고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여, 상기 기재(100)의 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 박막 구조체(420) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하게 된다[(h),(j)].
도 6에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 형성한다(d).
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)의 상기 식각패턴(430)에 박막 구조체(420)를 형성한다(e). 여기에서 상기 박막 구조체(420)는 Tilt evaporation 공정을 활용하여 상기 식각패턴(430) 내부에 경사지게 형성되도록 한다.
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(f), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)의 상기 박막 구조체(420)와 중첩되도록 제2양자점 구조체(412)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(g), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2양자점 구조체(412)를 형성한 경우(i)].
그리고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여, 상기 기재(100)의 경사지게 형성된 박막 구조체(420)를 내부에 포함하는 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 박막 구조체(420) 및 제2양자점 구조체(412)로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하게 된다[(h),(j)].
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 공정 결과 데이터에 대해 설명하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따라 상기 기재가 발광 다이오드의 반도체 적층체인 경우, 상기 기재는 Red LED epi-wafer(p-AlGaInP/u-AlGaInP/MQW(AlGaInP/InGaP)/u-AlGaInP/n+GaAs/n-AlGaInP/GaAs substrate)를 사용하였다. 상기 Red LED epi-wafer 상에 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층(AZ GXR-601 레지스트) 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층(LOR[Lift-Off Resist])을 형성하였다.
더욱 구체적으로는, Red LED epi-wafer 상에 Hexamethyldisilazane(HMDS)[AZ AD Promoter-K, AZ Electronic Materials, Luxembourg]을 2000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 100℃ 120초간 건조하였으며, LOR 20B[MicroChem Corp., Japan]를 4000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 170℃에서 300초간 건조하여 2㎛ 두께의 제1표면제어층을 형성하였다. 상기 제1표면제어층 상에 AZ GXR-601 레지스트를 4500rpm 으로 40초간 스핀코팅한 후 90℃에서 90초간 건조하여서 2㎛ 두께의 AZ GXR-601 레지스트층을 제2표면제어층으로 형성하였다.
포토마스크를 사용하여 60mJ/cm2의 자외선을 국부적으로 조사한 후 Post Exposure Bake(PEB) 공정으로 110℃에서 90초간 건조한 후, 현상액(Developer)인 AZ 300 MIF[AZ Electronic Materials, Luxembourg]에 20초간 담근 후 Deionized (DI) water에 Rinsing 한 후 N2 blowing한 결과가 도 7(a)이다.
그리고, 도 7(b), 7(c) 및 7(d)의 경우 현상 공정을 과도하게 수행한 결과로서 현상액에 각각 40초, 50초 및 60초간 담근 후 DI water에 Rinsing 한 후 N2 blowing 한 결과이다.
즉, 도 7(a)는 종래의 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 및 SEM 분석 결과를 나타낸 것이고, 도 7(b), 7(c) 및 7(d)는 본 발명의 일실시예에 따라 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 및 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 7(b), 7(c) 및 7(d)에 도시한 바와 같이, 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴에 대응하여 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴이 상기 제1표면제어층에 다양한 형상과 면적을 갖는 확장컷이 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 이는 상기 기재 상에 표면 제어 영역으로 작용하게 된다.
도 7에 기재된 상세한 일실시예와 동일하게 공정을 수행하였으며, 도 8의 (a), (c) 및 (e)의 경우 현상시간을 20초 동안 하였으며, 도 8의 (b), (d) 및 (f)의 경우 확장컷을 형성하기 위하여 현상시간을 50초 동안 하였다.
확장컷 형성 시 제2표면제어층의 제1제어패턴에 의하여 제1표면제어층에서 새로운 패턴(제2제어패턴)의 형성이 가능하고 또한, 제2표면제어층의 제1제어패턴의 배열 조절을 통하여 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴의 배열이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
즉, 도 8(a)의 경우 Square array(Hole이 4면을 이루는 정사각형 배열)로 배열되어 있는데, 확장컷을 형성하면 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴의 배열도 Square array(새로운 형상의 패턴이 4면을 이루는 정사각형 배열[도 8(b)])로 배열하게 되는 특징이 있다.
또한, 도 8(c)의 경우 Hexagonal array(Hole이 6면을 이루는 육각형 배열)로 배열되어 있는데, 확장컷을 형성하면 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴의 배열도 Hexagonal array(새로운 형상의 패턴이 6면을 이루는 육각형 배열[도 8(d)])로 배열하게 되는 특징이 있다.
즉, 본 실시예를 통하여 제2표면제어층의 제1제어패턴을 배열하는 방법에 따라서 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴도 동일한 면을 갖는 형상의 배열로 패턴이 이루어지는 특징이 있다.
다른 특징적인 요소는, 도 8(e)에서 보듯이 A와 B의 길이가 B와 C의 길이가 같으면 확장컷 형성 시 패턴 간의 연결[도 8(f)]이 가능하며, B와 C의 길이가 같고 C와 D의 길이가 다르게 되면 C와 D의 공간을 분리하게 되어, 즉 패턴 간의 분리[도 8(f)]가 가능하게 되는 특징이 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 확장컷의 부피(Volume) 조절을 위하여 기재 상에 다양한 표면 제어 영역을 나타낸 패턴 시뮬레이션 결과와 실제로 확장컷 구현 결과를 비교한 도면이다.
즉, 제2표면제어층의 Hole 직경은 5㎛로 고정하고 제1표면제어층의 Hole 직경 변화에 따라서 다양한 형상과 다양한 표면적 제어 영역을 갖는 확장컷 형상을 보이고 있으며, 이는 패턴 구조에 대한 시뮬레이션 결과와 실시 예에 의하여 형성된 실험 결과와 동일하게 제어됨을 확인할 수 있었다..
본 발명의 일실시예에 따라서, 상기 기재는 Bare glass wafer를 사용하였으며, 도 7(b)와 동일한 방법으로 표면 제어 영역을 형성한 이후에 Green 및 Red 빛을 내는 양자점 잉크를 각각 dispensing 방식으로 적하시킨 이후에 Convection oven으로 60℃에서 3분간 건조를 하였다. 이후에 제2표면제어층인 AZ GXR-601 레지스트를 제거하고 이후에 제1표면제어층인 LOR을 제거하였다.
그 결과에 대하여 광학현미경 측정한 결과가 도 10(a) 및 (b)이고, 도 10(c) 및 (d)의 경우 패턴된 Green 및 Red 양자점에 대한 PL을 측정한 결과이다.
도 10(c)의 경우, 측정 결과 peak의 중심파장이 530nm로서 Green 색으로 발광을 하였으며 도 10(d)의 경우, PL peak의 중심파장이 627nm으로서 Red 색으로 발광함을 확인하였다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 표면 제어 영역에 식각 패턴을 형성한 이후에 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점 잉크의 농도 변화에 따른 Green 양자점 잉크 및 Red 양자점을 포함하는 구조체에 대한 광학 이미지 및 PL 변화를 측정한 결과를 나타내는 것으로, Blue LED epi-layer의 MQW에서 발광하는 Blue 빛과 Green 양자점 또는 Red 양자점에서 발광하는 Green 빛 또는 Red 빛에 대하여 2 종의 혼합 발광하는 빛에 대한 PL 조절에 관한 실시예이다.
상기 기재가 발광 다이오드의 반도체 적층체인 경우, 상기 기재는 Blue LED epi-wafer[p-GaN/MQW(InGaN/GaN)/n-GaN/un-GaN/sapphire substrate]를 사용하였다. 상기 Blue LED epi-wafer 상에 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층(AZ GXR-601 레지스트) 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층(LOR[Lift-Off Resist])을 형성하였다.
더욱 구체적으로는, Blue LED epi-wafer 상에 Hexamethyldisilazane(HMDS)[AZ AD Promoter-K, AZ Electronic Materials, Luxembourg]을 2000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 100℃ 120초간 건조하였으며, LOR 20B[MicroChem Corp., Japan]를 4000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 170℃에서 300초간 건조하여 2㎛ 두께의 제1표면제어층을 형성하였다. 상기 제1표면제어층(LOR) 상에 AZ GXR-601 레지스트를 4500rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 90℃에서 90초간 건조하여서 2㎛ 두께의 AZ GXR-601 레지스트 층을 제2표면제어층으로 형성하였다.
포토마스크(Hole 직경 4㎛, Pitch 8㎛)를 사용하여 60mJ/cm2의 자외선을 국부적으로 조사한 후 Post Exposure Bake(PEB) 공정으로 110℃에서 90초간 건조한 후, 현상액(Developer)인 AZ 300 MIF[AZ Electronic Materials, Luxembourg]에 40초 동안 담근 후 Deionized(DI) water에 Rinsing 한 후 N2 blowing 하였다.
이후에 ICP etcher[Multiplex ICP, STS, America]로 45초간 건식식각을 수행한 후, 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층을 제거하고 추가적으로 45초간 건식 식각을 수행하였으며 Green 양자점의 농도를 다양하게[도 11(a) Green 양자점 농도 A(20 mg/ml), 도 11(b) Green 양자점 농도 B(50 mg/ml) 및 도 11(c) Green 양자점 농도 C(100 mg/ml)] 하여 각각 dispensing 하고 Convention oven에 60℃에서 3분간 건조를 한 이후에 제1표면제어층을 제거한 광학현미경 측정 결과와 PL 측정 결과를 도 11(a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)에 나타내었다.
즉, Green 양자점의 농도 변화에 따라서 표면 제어 영역에 형성된 3차원 형상의 Green 양자점의 형상 및 두께 변화에 따른 PL의 조절이 가능함을 확인하였다.
도 11(g), (h), (i) 및 (j)의 경우는 표면 제어 영역에 2차 건식식각 공정 이후에 Red 양자점의 Dispensing 양 변화 [도 11(g) Dispensing 조건 A(Dropping 되는 Red 양자점 양(Quantity) 100㎕) 및 도 11(h) Dispensing 조건 B Dropping되는 Red 양자점 양 50㎕)]에 따라서 표면 제어 영역에 형성된 3차원 형상의 Red 양자점의 형상 및 두께 변화에 따른 PL 조절에 대한 실험 결과를 나타낸 것이다.
즉, Red 양자점의 Dropping되는 양의 조절에 따라서 표면 제어 영역에 형성된 3차원 형상의 Red 양자점의 형상 및 두께 변화에 따른 PL의 조절이 가능함을 확인하였다.
도 11 (k), (l), (m) 및 (n)의 경우는 표면 제어 영역에 2차 건식 식각 공정 이후에 Red 양자점의 Spin-coating 조건 변화[도 11(k) Spin-coating 조건 A(1000rpm) 및 도 11(l) Spin-coating 조건 B(3000rpm)]에 따라서 표면 제어 영역에 형성된 3차원 형상의 Red 양자점의 형상 및 두께 변화에 따른 PL의 조절에 대한 실험 결과이다.
즉, Red 양자점의 Spin-coating 조건 변화에 따라서 표면 제어 영역에 형성된 3차원 형상의 Red 양자점의 형상 및 두께 변화에 따른 PL의 조절이 가능함을 확인하였다.
도 12는 Blue LED epi-layer의 MQW에서 발광하는 Blue 빛과 Green 양자점 및 Red 양자점에서 발광하는 Green 빛과 Red 빛에 대하여 3 종의 혼합 발광하는 빛에 대한 실시예를 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에 따라 표면 제어 영역에 3차원 형상의 식각된 구조체를 형성한 이후에 Green 양자점과 Red 양자점 잉크의 혼합 비율 조절 및 조절된 혼합 잉크의 반복적으로 형성 횟수 변화와 형성 두께 변화에 따라서 Red, Green 및 Blue의 각각에 대하여 PL 조절에 따른 Full color RGB 구현을 위한 PL 변화에 대한 것이다.
도 12(a)는 Green 양자점 잉크와 Red 양자점 잉크를 wt% 비율로 1 : 9로 혼합 잉크를 제조하였으며, 도 12(b)는 Green 양자점 잉크와 Red 양자점 잉크를 wt% 비율로 4 : 6으로 혼합 잉크를 제조한 이후에, 도 11과 동일한 방법으로 기재에 3 차원의 식각된 표면 제어 영역에 각각 dispensing 하고 Convention oven에 60℃에서 3분간 건조를 한 이후에 제1표면제어층을 제거한 광학현미경 측정 결과이고, 이를 각각 도 12(a) 및 (b)에 나타내었다.
즉, Green 양자점과 Red 양자점을 혼합한 양자점 혼합 잉크를 이용하여 위치가 지정된 복합 양자점 구조체의 형성이 가능함을 확인하였다.
도 12(c) 및 (d)는 Green 양자점 잉크와 Red 양자점 잉크의 wt% 비율을 1 : 9 및 4 : 6으로 혼합된 양자점 혼합 잉크를 사용하여 위치가 지정된 복합 양자점 구조체에 대한 PL 측정 결과로서 Red 양자점의 함유 비율이 높은 양자점 혼합 잉크 [도 12(c)]의 경우, Green 빛에 비하여 Red 빛이 상대적으로 PL 피크(Peak)의 세기가 강함을 확인할 수 있었으며, Green 양자점의 함유 비율과 Red 양자점의 함유 비율이 4:6인 양자점 혼합 잉크[도 12(d)]의 경우에는 Red 빛이 Green 빛 보다 PL 피크의 세기가 약간 더 강함을 확인하였다. 즉, 양자점 혼합 잉크의 경우, 혼합된 양자점의 함유량을 각각 조절함으로써 발광하는 빛의 세기에 대하여 개별적으로 조절이 가능함을 확인하였다.
도 12 (e) ~ (g)는 Green 양자점 잉크와 Red 양자점 잉크의 wt% 비율을 4 : 6 로 혼합된 양자점 혼합 잉크를 사용하여 도 11과 동일한 방법으로 기재의 3 차원의 식각된 표면 제어 영역에 각각 dispensing 하고 Convention oven에 60℃에서 90초간 건조를 한 이후에 제1표면제어층을 제거한 후 PL 측정 결과가 도 12(e) 이고, 도 12(f)의 PL 측정 결과는 상기 도 12(e)에서 제1표면제어층을 제거하지 않고 다시 양자점 혼합 잉크를 dispensing 하고 Convention oven에 60℃에서 90초간 건조한 이후 제1표면제어층을 제거한 후 PL 측정 결과이다. 도 12 (g)의 경우는 도 12(f)와 동일한 방법으로 4회를 반복하여 위치가 지정된 영역에 복합 양자점 구조체에 대한 PL 측정 결과이다.
도 12(h)는 도 12(e)와 동일한 방법으로 하되, 양자점 혼합 잉크를 Spin-coating 하고 Convention oven에 60℃에서 90초간 건조한 이후 제1표면제어층을 제거한 후 PL 측정 결과이다.
도 12(e) ~ (h)의 PL 측정 결과에서 보듯이 3차원으로 식각된 표면 제어 영역에 위치가 지정된 영역에 복합 양자점 구조체의 형성 시, 반복 횟수 및 형성 두께 조절을 통하여 Green 양자점과 Red 양자점의 PL이 유사한 비율로 증가 또는 감소가 가능함을 확인할 수 있었다.
100 : 기재 110 : 표면 제어 영역
200 : 제1표면제어층 210 : 제2제어패턴
300 : 제2표면제어층 310 : 제1제어패턴
400 : 양자점이 포함된 구조체 411 : 제1양자점 구조체
412 : 제2양자점 구조체 420 : 박막 구조체
430 : 식각패턴

Claims (32)

  1. 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계;
    노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계;
    상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하는 단계;
    상기 표면제어층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 표면제어층을 모두 제거하여 상기 기재 상에 양자점을 포함하는 구조체를 형성하거나,
    상기 표면제어층을 순차적으로 제거하면서, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 일부에 양자점을 포함하는 서로 다른 구조체가 중첩된 복합 양자점 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체 형성방법은,
    기재 상부에 제1표면제어층을 형성하는 제1단계;
    상기 제1표면제어층 상부에 상기 제1표면제어층에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층을 형성하는 제2단계;
    노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층에 제1제어패턴을 형성하는 제3단계;
    상기 제2표면제어층의 제1제어패턴에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층에 형성되며, 상기 제1제어패턴에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴을 형성하는 제4단계;
    상기 제1표면제어층의 제2제어패턴에 의해 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 제5단계;
    상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제1양자점 구조체를 형성하거나 박막 구조체를 형성하는 제6단계;
    상기 제2표면제어층 및 상기 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1양자점 구조체를 형성하거나, 상기 제2표면제어층을 제거하고 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제2양자점 구조체를 형성하고, 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1양자점 구조체 및 제2양자점 구조체로 이루어진 복합 양자점 구조체 또는 박막 구조체 및 제2양자점 구조체로 이루어진 복합 양자점 구조체를 형성하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1표면제어층과 제2표면제어층의 식각저항성비는 1 : 1.1~10인 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제4단계는,
    상기 제3단계의 노광 공정에 따른 현상 공정을 수행하고, 이에 연속적 또는 순차적으로 추가적인 현상 공정을 수행하여 상기 제2제어패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 제4단계는,
    상기 현상 공정 후 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 제1표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 상기 확장컷을 더욱 확장시킨 제2제어패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴은,
    상기 제2표면제어층의 제1제어패턴의 배열 형태에 따라 배열 형태가 결정되거나,
    또는 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴 간 거리에 의해 패턴의 형상이 조절되는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 제5단계는,
    상기 제4단계의 확장컷을 이루는 제2제어패턴의 면적 변화를 통하여 상기 표면 제어 영역의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 양자점은,
    CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CuInS2, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, PbSe, PbS, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 박막 구조체는,
    상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 상기 기재와는 표면 특성이 다른 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 제5단계 이후에,
    상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 식각 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 식각패턴을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제1양자점 구조체 및 상기 복합 양자점 구조체는,
    상기 식각패턴에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 식각패턴은,
    건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나,
    건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합 식각 공정 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 박막 구조체는,
    상기 식각패턴 내부에 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  15. 제 3항에 있어서, 상기 제6단계 이후에 또는 상기 제7단계의 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 제거하기 전에 보호층을 형성하여, 상기 제1양자점 구조체, 제2양자점 구조체 및 복합 양자점 구조체 중 어느 하나 이상을 보호하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  16. 제 3항에 있어서, 상기 제1표면제어층이나 상기 제2표면제어층을 제거하기 전에 제1양자점 구조체이나 제2양자점 구조체 또는 복합 양자점 구조체의 형성 후 각각 열처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  17. 제 3항에 있어서, 상기 표면 제어 영역에 접착증진(Adhesion promoter) 표면처리 또는 소수성 표면처리를 하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 접착증진 표면처리는,
    상기 기재 상의 표면 제어 영역에 프로모터(Promoter) 수지를 코팅하거나, 산소 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리, 마이크로파 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 소수성 표면처리는,
    상기 기재 상의 표면 제어 영역에 소수성 물질을 코팅, 플라즈마 처리 중 어느 하나의 방법 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  20. 제 3항에 있어서, 상기 기재는,
    광전소자의 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층인 것을 특징으로 하는 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 형성하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 표면 제어 영역에 양자점이 포함된 구조체를 적용한 것을 특징으로 하는 광전소자
  22. 제 21항에 있어서, 상기 광전소자는,
    발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 중 어느 하나 이상 또는 이들의 어레이 형태인 것을 특징으로 하는 광전소자.
  23. 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층에 의해 표면 제어 영역이 확보된 기재;
    상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 형성된 양자점이 포함된 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 양자점이 포함된 구조체는,
    상기 구조체 형성 후 상기 표면제어층을 모두 제거하는 단일의 제1양자점 구조체로 형성되거나,
    상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 형성된 제1양자점 구조체를 형성하고, 상기 표면제어층을 순차적으로 제거하고, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 일부에 제1양자점 구조체와는 다른 양자점 구조체를 서로 중첩하여 형성된 복합 양자점 구조체로 형성되거나,
    상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 형성된 박막 구조체를 형성하고, 상기 표면제어층을 순차적으로 제거하고, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 일부에 제1양자점 구조체 또는 상기 복합 양자점 구조체를 서로 중첩하여 형성된 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 복수개의 표면제어층은,
    서로 식각저항성이 다른 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 양자점은,
    CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CuInS2, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, PbSe, PbS, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  27. 제 23항에 있어서, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 식각 마스크로 하여 상기 기재 상의 표면 제어 영역에 식각패턴이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 양자점을 포함하는 구조체는,
    상기 식각패턴에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  29. 제 23항에 있어서, 상기 제1양자점 구조체, 제2양자점 구조체 및 복합 양자점 구조체 중 어느 하나를 보호하기 위해 보호층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  30. 제 23항에 있어서, 상기 기재는,
    광전소자의 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층인 것을 특징으로 하는 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재.
  31. 제 23항 내지 제 30항 중 어느 한 항의 양자점이 포함된 구조체가 형성된 표면 제어 기재를 적용한 것을 특징으로 하는 광전소자.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 광전소자는,
    발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광전소자.
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