KR101340874B1 - 기능성 표면의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기능성 표면의 제조방법에 관한 것으로, 기재의 적어도 일 면에 표면 요철을 형성하는 나노구조체를 형성하고, 형성되는 나노구조체의 높이를 조절하여 기재의 반사율이 제어되도록 하는 기능성 표면의 제조방법을 제공한다.

Description

기능성 표면의 제조방법{Fabrication Method for Functional Surface}
본 발명은 기능성 표면의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 코팅층이 구비되지 않으며, 기재에 나노구조체를 형성하는 단일한 공정으로 반사 대역 및 반사율이 엄밀하게 제어되는 기능성 표면의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 자연의 나노구조물에서 영감을 얻어 공학적으로 이용하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 대표적인 예가 초발수성을 나타내는 연꽃잎과 무반사성을 나타내는 나방눈이다.
일반적으로 무반사는 반사방지의 개념으로 반사방지 표면 기술은 광소자의 표면에서 급격한 굴절율의 변화로 발생하는 빛의 반사를 줄여 투과하는 빛의 양을 증가시키는 기술을 말한다.
무반사의 대표적인 모델로서 나방눈을 들 수 있는데, 나방눈의 경우 잘 정렬된 나노구조물로 이루어져 있어 빛의 반사가 매우 적기 때문에, 새와 같은 포식자로부터 자신을 보호할 수 있고, 밤에도 적은 빛으로 시야확보가 가능하여 활동이 용이하다.
이와 같은 나노구조물을 이용한 무반사 즉, 반사방지 표면은 OLED/LCD를 포함한 모니터, LED를 포함한 조명이나 광고, 태양전지, 자동차 계기판을 포함한 산업용·가전용 유리, 카메라 등의 광학렌즈 등에 적용되어, 외부 빛의 반사에 대한 눈부심 현상을 줄이고, 내부에서 나오는 빛의 양을 감소시켜 선명하고 밝은 화질을 제공할 수 있다.
일반적으로 반사방지성 표면은 공기와 기판사이의 굴절율을 갖는 화학물질을 전자선 증착이나 이온보조 증착방법 등을 이용하여 얇은 박막으로 코팅하는 방법을 사용한다. 또한 여러 파장에서의 반사방지를 원한다면 굴절율이 다른 여러층의 다른 물질을 증착하여야 하는 한계가 있으며, 최근 표면에 형성된 나노구조체를 이용하여 반사를 제어하고자 하는 시도가 이루어졌으나, 이에 대한 연구는 아직 미미한 실정이다.
본 발명은 별도의 코팅층 없이 나노구조체만으로 표면의 파장별 반사율을 제어하는 기술을 제공하고자 하며, 특정 파장에서 낮은 반사율 내지 높은 반사율을 갖는 표면을 제조하는 기술을 제공하고자 하며, 일정하고 넓은 파장 대역에서 고르게 극히 낮은 반사율을 갖는 기재를 제조하는 기술을 제공하고자 하며, 나아가, 일정하고 넓은 파장 대역에서 극히 높은 투과율을 갖는 기재를 제조하는 기술을 제공하고자 하며, 대면적 처리 가능하고, 단시간에 용이하게 제조가능하며, 이종 코팅층과의 박리에 의한 열화가 방지되는 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 기재의 적어도 일 면에 표면 요철을 형성하는 나노구조체를 형성하고, 형성되는 나노구조체의 높이를 조절하여 기재의 반사율이 제어되도록 하는 기능성 표면의 제조방법을 제공한다.
상세하게, 본 발명에 따른 제조방법은 단일층으로 배열된 비드를 에칭 마스크로 하여 기재를 식각함으로써 기재의 적어도 일 표면에 나노구조체를 형성하며, 식각 깊이를 조절하여 나노구조체의 높이를 조절함으로써 기재 표면에 조사되는 광의 파장별 반사율인 반사 스펙트럼의 크기 및 형상이 제어되도록 할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어, 보다 특징적으로, 식각 깊이를 조절하여 나노구조체의 높이를 조절함으로써 반사 스펙트럼의 반사율 피크(peak)의 위치가 제어되도록 할 수 있다.
이때, 기재를 150 nm 내지 420 nm 깊이로 식각하여 기재의 반사 스펙트럼에서 반사율 저점 피크의 위치가 400 nm 내지 1400 nm로 제어되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어, 비드의 직경은 50 내지 300nm일 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어, 상기 나노구조체가 형성되는 영역은 기재의 일정 표면, 서로 분리된 둘 이상의 표면, 기재의 서로 대향하는 두 표면 또는 기재의 표면 전체를 포함한다.
이때, 상기 기재의 서로 분리된 표면 각각에 나노구조체가 형성되는 경우, 표면별로 형성되는 나노구조체의 높이를 조절하여, 각 표면의 반사 스펙트럼의 크기 및 형상을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어, 기재는 투명 기재일 수 있으며, 기재가 투명 기재인 경우, 나노구조체의 높이를 조절하여 상기 기재에 조사되는 광의 파장별 투과율인 투과 스펙트럼의 크기 및 형상을 제어되도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 기재가 투명기재인 경우, 상기 기재의 대향하는 두 표면 각각에 상기 나노구조체를 형성하고, 양면에 형성되는 나노구조체의 높이를 조절하여, 상기 대향하는 두 표면을 관통하는 광의 파장별 투과율인 투과 스펙트럼의 크기 및 형상이 제어되도록 할 수 있다.
보다 특징적으로, 기재의 일 면에 제1나노구조체를 형성하고, 기재의 다른 일 면에 제1나노구조체와 동일한 높이를 갖는 제2나노구조체를 형성함으로써, 기재의 제1나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값을 100으로 할 때, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값이 100 이상으로 제어되도록 할 수 있다.
또한, 기재의 일 면에 제1나노구조체를 형성하고, 기재의 다른 일 면에 제1나노구조체와 다른 높이를 갖는 제2나노구조체를 형성함으로써, 기재의 제1나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값을 100으로 할 때, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값이 100 미만으로 제어되도록 할 수 있다.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 기능성 표면이 구비된 기재를 포함하며, 나아가, 상술한 제조방법으로 제조된 기능성 표면이 구비된 투명 기재를 포함한다. 상기 투명기재는 유리, 광학 플라스틱, PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA((Poly(methyl methacrylate)), PHEMA(Poly(2-hydroxyethyl methacrylate)), PHPMA(poly(2-hydroxypropyl methacrylate)), PS(polystyrene) 또는 PET(Polyethylene terephthalate)등을 포함하나 이에 국한하지 않는다.
보다 특징적으로, 본 발명의 제조방법으로 제조된 투명 기재는 상기 투명 기재와 상이한 이종 물질층 또는 이종 물질 구조물이 형성되지 않은 상태로 광이 조사될 때 400nm 내지 800nm의 파장 전 영역에서 98 % 이상의 투과율을 갖는 기재를 포함한다.
본 발명에서는 또한 기재의 일 면에 형성되는 제1나노구조체; 및 기재의 다른 일 면에 형성되며 제1 나노구조체와 동일한 높이를 갖는 제2나노구조체를 포함하며, 기재의 제1나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값을 100으로 할 때, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값이 100 이상인 기능성 표면이 구비된 기재를 제공한다.
또한 본 발명은 기재의 일 면에 형성되는 제1나노구조체; 및 기재의 다른 일 면에 제1나노구조체와 다른 높이를 갖는 제2나노구조체를 포함하며, 기재의 제1나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값을 100으로 할 때, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값이 100 미만인 기능성 표면이 구비된 기재를 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법은 표면의 파장별 반사율을 제어할 수 있으며, 최대 반사율 또는 최소 반사율을 나타내는 파장이 제어된 표면을 제조할 수 있으며, 코팅층 없이 기재의 식각에 의해 형성된 나노구조체만으로 무반사 표면을 제조할 수 있으며, 일정하고 넓은 파장 대역에서 고르게 극히 낮은 반사율을 갖는 표면을 제조할 수 있으며, 코팅층 없이 기재의 식각에 의해 형성된 나노구조체만으로 일정하고 넓은 파장 대역에서 극히 높은 투과율을 갖는 기재를 제조할 수 있으며, 무반사 표면 또는 고 투과율 기재의 제조시, 대면적 처리가 가능하고, 단시간에 용이하게 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 기능성 표면이 구비된 기재의 일 예를 도시한 것이며,
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에서 나노구조체를 형성하는 단계 중 일부를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명에서 나노구조체의 높이(도3의 h)에 따른 반사 스펙트럼을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명에서 나노구조체의 높이(도4의 h)에 따른 투과 스펙트럼을 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 기능성 표면이 구비된 기재의 다른 예를 도시한 것이며,
도 6은 본 발명에서 서로 대향하는 두 표면에 형성된 나노구조체의 높이에 따른 반사 스펙트럼을 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에서 서로 대향하는 두 표면에 형성된 나노구조체의 높이에 따른 투과 스펙트럼을 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명에서 서로 대향하는 두 표면에 서로 다른 높이를 갖는 나노구조체를 형성한 후 측정한 반사 스펙트럼 및 투과 스펙트럼을 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 기능성 표면의 제조방법은 기재 표면에 표면 요철을 형성하는 나노구조체의 높이에 의해 상기 기재의 반사율을 제어하는 것을 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 나노구조체의 일 예를 도시한 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이 기재(100) 표면에 일정한 배열로 형성된 기둥(110)을 포함하며, 여기서 기둥(110)은 원기둥, 테이퍼(tapered)된 원기둥, 원뿔형상의 끝단을 갖는 원기둥, 또는 원뿔기둥을 포함한다. 도면에서 나노구조체를 구성하는 기둥(110)과 기재(100)는 별도의 층을 갖도록 형성되는 것이 아니라 기재(100)를 모체로 하여 형성됨으로써 일체화된 것으로 해석되어야 할 것이다.
기재의 표면에 나노구조체의 형성은 단일층으로 배열된 비드(200)를 에칭 마스크로 하여 기재를 식각하여 도 2로 도시한 것과 같이 나노구조체를 구성하는 기둥(110)이 형성되도록 하며, 이때 식각 깊이를 조절하여 나노구조체의 높이(도 2에서는 L로 표시)를 조절함으로써 기재 표면에 조사되는 광의 파장별 반사율인 반사 스펙트럼의 크기 및 형상이 제어되도록 할 수 있다. 도면으로 도시하지 않았으나 식각공정을 완료한 다음 에칭 마스크로 사용된 비드들은 제거되어 도 1로 도시한 것과 같은 나노구조체가 형성된 기재를 얻을 수 있다.
기재 표면에 나노구조체가 형성됨에 따라, 기재에 조사되는 광의 파장별로 서로 다른 반사율을 가지며, 반사 스펙트럼은 특정 파장의 광에서 최대 반사율을 갖는 하나 이상의 고점 피크가 나타나는 특징이 있다. 나아가, 나노구조체의 높이(L)가 변화됨에 따라, 기재의 반사 스펙트럼의 파장별 반사율이 변화됨과 동시에 고점 피크의 위치, 고점 피크의 개수, 고점 피크의 피크값인 고점 반사율값, 인접하는 고점 피크 사이에 형성되는 저점 피크의 위치, 저점 피크의 개수 및 저점 피크의 피크값인 저점 반사율값이 변화되는 특징이 있다.
이에 따라, 기재 표면에 형성되는 나노구조체의 높이를 제어함으로써, 특정 파장 대역에서 보다 낮은 반사율을 가지며 다른 특정 파장 대역에서 보다 높은 반사율을 갖는 기재의 제조가 가능하며, 파장별 반사율에 대한 설계가 가능해진다.
바람직하게, 나노구조체는 비드(200)를 에칭 미스크로 하여 기재를 식각하여 제조된 다수개의 기둥(110)으로 이루어지며, 이때, 에칭 마스크인 비드(200)의 크기를 조절하여 나노구조체를 이루는 기둥(110)의 직경을 제어하며, 식각 시간을 조절하여 나노구조체를 이루는 기둥(110)의 높이를 제어할 수 있다.
이하, 본 발명을 상술함에 있어, 기둥(110)의 높이는 나노구조체의 높이와 동일한 의미로 사용되며, 기둥(110)의 높이는 식각 전 기재의 표면을 기준으로 하여 기재가 식각된 깊이를 의미한다.
본 발명에 따른 기능성 표면의 제조방법에 있어, 나노구조체의 높이는 150 내지 420 nm 범위로 제어할 수 있으며, 이와 같은 경우 도 3에 도시한 바와 같이 기재의 반사스펙트럼에서 나노구조체의 높이에 따fms 반사율 고점 피크의 파장은 360 내지 840 nm, 저점 피크의 파장은 450 내지 1400 nm로 제어될 수 있다.
이때, 에칭 마스크의 역할을 수행하는 비드의 크기에 의해 나노구조체를 구성하는 기둥의 직경을 제어할 수 있는데, 비드의 직경은 50 ~ 300 nm인 것이 바람직하다. 비드는 기재 표면에 도포되는 비드 자체일 수 있으며, 기재 표면에 단일층으로 비드를 도포한 후, 도포된 비드를 선택적으로 식각하여 그 크기가 조절된 비드일 수 있다.
상세하게, 본 발명에 따른 기능성 표면 제조방법은 기재 표면에 비드를 배열하는 단계, 식각된 비드를 에칭 마스크로 일정 식각 깊이로 기재를 식각하는 단계, 기재 표면에서 비드를 제거하는 단계를 포함하여 수행되며, 이때, 상기 기재의 식각전에 비드를 식각하여 비드간 이격 거리를 형성하는 단계가 더 수행될 수 있다.
보다 상세하게, 비드 식각의 용이함 및 기재와 비드의 선택적 식각의 용이함 측면에서 기재가 유리일 경우에는 상기 비드는 플라스틱 비드인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게 폴리스티렌(Polystyrene)계 비드이다. 또한, 위치에 따른 균일하고 규칙적인 비드 배열 측면에서 상기 비드는 구 형상을 갖는 것이 바람직하다.
기재 표면에 비드를 배열하는 단계에 의해 구(球) 형상을 갖는 복수 개의 비드가 기재의 일 표면에 단일층으로 배열된다. 이때 상기 비드의 배열은 각 비드의 최인접(nearest neighbor) 비드가 6개인 배열인 것이 바람직하며, 각 최인접 비드는 서로 접하여 있는 것이 바람직하다. 이러한 비드의 배열은 기재 표면에 도포 또는 분산되는 비드 분산액의 비드 함유량, 도포 또는 분산 조건에 의해 조절될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 투명 기재의 일 표면에 구 형상을 갖는 복수개의 비드를 단일 층으로 배열하는 단계는 비드가 분산된 비드 분산액을 상기 투명 기재의 일 표면에 도포 또는 코팅한 후, 상기 분산액의 액상을 제거하여 수행되며, 상기 분산액의 도포 또는 코팅은 스핀코팅(spin-coating), 딥코팅(dip-coating), 리프팅업(lifting up), 전기영동 코팅(electrophoretic deposition), 화학적 또는 전기화학적 코팅(chemical or electrochemical deposition) 및 전기분사(electrospray) 중 선택된 어느 하나 이상의 방법으로 수행되며, 단일층으로 규칙적인 배열을 갖도록 비드를 배열시키기 위해 스핀 코팅으로 수행되는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 비드의 배열 단계는 상기 비드가 2.5%의 농도로 분산된 용액에 0.25%의 계면활성제가 포함된 메탄올을 이용하여 희석하고, 이를 기재에 3000rpm의 회전속도로 1분간 스핀코팅을 실행하여 수행될 수 있다.
비드의 배열 전, 황산 피라나(piranha) 함유액 또는 유기용매 및 물리적 진동을 이용하여 기재를 세척하는 단계가 더 수행될 수 있음은 물론이다. 일 예로, 황산 피라나 함유액 용액을 60℃까지 가열하여 준비된 용액에 기재를 담근 후 10분간 초음파처리 또는 교반을 한 후 증류수로 5회 세척한다. 그리고, 세정된 기재 시편은 건조과정을 거쳐 UVO cleaner에서 약 3분 동안 처리한다.
기재의 식각시, 비드의 변형 및 식각이 지연되며 선택적으로 기재가 식각되는 선택적 식각이 수행되는 것이 바람직하며, 선택적 식각(Etching Selectivity), 식각의 방향성 및 균일하고 정밀하게 제어된 식각 깊이 측면에서 플라즈마 식각, 이온밀링 식각을 포함하는 건식 식각이 수행되는 것이 바람직하다. 기재 표면에 형성되는 나노구조체의 높이는 건식 식각 시간에 의해 조절되는 것이 바람직하다.
기재가 유리재질인 경우, 기재의 에칭은 CF4, SF6, HF 또는 이들의 혼합 가스를 함유한 에칭 가스를 이용한 건식 식각(directional dry etching)에 의해 수행되며, 상기 기재의 에칭시, 선택적 식각을 보다 효과적으로 수행하기 위해, 에칭 가스는 H2를 더 함유하는 것이 바람직하다.
식각이 이루어진 후, 비드를 제거하는 방법으로는 반도체 공정에 널리 사용되는 애슁(ashing) 공정을 적용하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 O2 플라즈마 애슁 공정을 적용할 수 있으며, 피라나(Piranha) 용액, 유기용매, 묽은 HF 용액 및 증기, 초음파 세척 등의 방법을 이용할 수 있다.
비드의 도포가 수행된 후, 비드의 선택적 식각이 더 수행되는 경우, 기재는 식각되지 않으며 선택적으로 비드가 식각되는 선택적 식각이 수행되는 것이 바람직하며, 비드 배열의 물리적 안정성, 균일하고 제어된 이격거리 형성 및 선택적 식각(Etching Selectivity) 측면에서 플라즈마 식각, 이온밀링 식각을 포함하는 건식 식각이 수행되는 것이 바람직하다.
비드가 플라스틱 재질인 경우, 비드의 에칭은 O2, CF4, Ar 또는 이들의 혼합 가스를 함유한 에칭 가스를 이용한 건식 식각(directional dry etching)에 의해 수행된다.
도 3은 본 발명에 따른 기능성 표면의 제조방법으로 한쪽면이 제조된 표면의 반사스펙트럼이다. 상세하게, 유리를 기재로 하여 비드의 직경은 200 nm를 사용하여 제작되었으며, triton-X 100 계면활성제를 0.25%함유하며, 비드의 농도가 0.5% 함유하도록 메탄올로 희석한 후 3000 rpm에서 1분간 스핀코팅하여 비드가 단일층으로 배열된 마스크를 제작하였다. 배열된 비드를 에칭 마스크로 기재인 유리를 CF4와 H2, O2의 혼합가스로 플라즈마를 만들어 식각하여 유리의 일 표면에 나노구조체를 형성하였으며, 상기 에칭 마스크로 사용된 비드는 O2 플라즈마를 이용하여 제거하였다. 식각시간을 달리하여 나노구조체의 높이를 70 내지 423 nm로 조절하였으며, 이에 따라, 파장이 300 nm에서 1600nm인 영역에서 반사율이 7%에서 3%로 감소함을 알 수 있고, 나노구조체의 높이에 따라 기재 표면에서의 반사율이 제어될 뿐만 아니라, 파장별 반사율이 제어되어, 반사율 고점 피크의 파장과 저점 피크의 파장이 제어됨을 알 수 있다.
도 4는 도 3을 기반으로 상술한 방법과 동일한 방법으로 일 표면에 나노구조물이 형성된 유리의 투과율을 측정한 그래프로, 도 4에서 알 수 있듯이 파장과 나노구조물의 높이에 따라 다르지만, 아무런 처리가 되지 않은 유리에 비하여 투과율이 93%에서 96%로 향상된 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어, 도 5와 같이 상기 기재의 대향하는 두 표면 각각에 상술한 나노구조체(110, 110')를 형성할 수 있으며, 이때, 상기 기재는 투명 기재일 수 있다.
투명기재는 유리, 광학 플라스틱, PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA((Poly(methyl methacrylate)), PHEMA(Poly(2-hydroxyethyl methacrylate)), PHPMA(poly(2-hydroxypropyl methacrylate)), PS(polystyrene) 또는 PET(Polyethylene terephthalate) 등을 포함하나 이에 국한하지 않으며, 기재의 적어도 대향하는 두 표면에 형성되는 나노구조체의 높이(L1, L2)를 각각 조절하여, 상기 대향하는 두 표면 각각의 반사 스펙트럼의 크기 및 형상을 제어할 수 있다.
도 5와 같이, 적어도 대향하는 두 표면에 나노구조체를 형성함으로써, 상기 기재에 상기 나노구조체가 형성된 두 표면을 관통하는 방향으로 광을 조사하는 경우, L1의 높이를 갖는 나노구조체가 형성된 표면의 반사 스펙트럼인 제1 반사스펙트럼과 L2의 높이를 갖는 나노구조체가 형성된 표면의 반사스펙트럼인 제2 반사스펙트럼이 서로 결합되어 상기 기재의 전체적인 반사 스펙트럼이 결정된다.
이에 따라, 서로 대향하는 두 표면에 형성된 나노구조체의 높이를 각각 제어하여, 기재의 전체적인 반사 스펙트럼을 설계할 수 있으며, 가시광 대역과 같이 매우 넓은 파장 전 영역에 걸쳐 극히 낮은 반사율을 갖는 기재를 제조할 수 있게 된다.
서로 대향하는 두 표면에 각각 형성된 나노구조체는 도 2를 기반으로 상술한 바와 유사하게, 서로 대향하는 두 표면 중 일 표면에 비드를 단일층으로 배열하고, 배열된 비드를 에칭 마스크로 기재를 L1의 깊이로 식각하여 기재의 일 표면에 나노구조체를 형성하며, 에칭 마스크로 사용된 비드를 제거한 후, 나노구조체가 형성된 일 표면과 대향하는 표면에 다시 비드를 단일층으로 배열하고, 배열된 비드를 에칭 마스크로 기재를 L2의 깊이로 식각하여 대향하는 표면에 나노구조체를 형성한다.
도 6은 도 3에서 상술한 샘플 제조 방법을 반복 수행하여 서로 대향하는 두 표면에 동일한 높이를 가지는 나노구조체를 형성한 후 측정한 반사 스펙트럼이다. 상세하게, 서로 대향하는 두 표면에 200nm 크기의 비드를 단일층으로 배열하고, 배열된 비드를 에칭 마스크로 상기 기재를 식각하여 상기 일 표면에 나노구조체를 형성하여, 상기 에칭 마스크로 사용된 비드를 제거한 후, 나노구조체가 형성된 일 표면과 대향하는 표면에 다시 비드를 단일층으로 배열하고, 배열된 비드를 에칭 마스크로 상기 기재를 일 표면과 같은 깊이로 식각하여 대향하는 표면에 나노구조체를 형성한 후 300~ 1600 nm 파장대에 대한 반사율을 측정하였다.
도 6에서 알 수 있듯이, 서로 대향되는 양쪽 표면에 높이가 같은 나노구조물을 형성함으로써, 반사율이 한쪽면에만 나노구조물이 형성된 표면에 비하여 2배 감소하였으며, 도 3과 유사하게, 나노구조체의 높이를 제어함으로써, 기재 표면에서의 반사율이 제어될 뿐만 아니라, 파장별 반사율이 제어되어, 나노구조물의 높이에 따라 반사스펙트럼의 고점과 저점이 특정 파장에서 나타나는 특징이 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어, 도 3 또는 도 6의 측정 샘플과 같이 상기 기재가 투명 기재인 경우, 상기 나노구조체의 높이 조절에 의해, 상기 기재에 조사되는 광의 파장별 투과율인 투과 스펙트럼의 크기 및 형상이 더 제어되는 특징이 있다.
상세하게, 상기 투과 스펙트럼은 상기 나노구조체 자체에 의한 광의 산란에 의한 영향과 함께 나노구조체의 높이에 의해 제어되는 반사 스펙트럼에 영향을 받게 된다.
이에 따라, 상기 나노구조체의 높이를 이용하여 상기 기재 표면의 반사 스펙트럼을 설계함으로써, 상기 기재의 투과 스펙트럼 또한 설계 가능하며, 나아가, 서로 대향하는 두 표면 각각에 서로 다른 높이를 갖는 나노구조체를 형성함으로써, 상기 기재가 매우 넓은 파장 대역 전반에 걸쳐 균일하고 극히 높은 투과율을 갖도록 설계할 수 있는 특징이 있다.
도 7은 도 6을 기반으로 상술한 방법과 동일한 방법으로 대향하는 두 표면에 나노구조물이 형성된 유리의 투과율을 측정한 그래프로, 도 7에서 알 수 있듯이 파장과 나노구조물의 높이에 따라 다르지만, 아무런 처리가 되지 않은 유리에 비하여 투과율이 96%에서 99% 이상으로 향상된 것을 알 수 있다.
도 7과 같이 일정 파장 대역에서의 투과 스펙트럼에서, 상기 기재의 일 표면에 형성된 나노구조체인 제1나노구조체에 의한 최저 투과율과 최고 투과율의 차를 100으로 하여, 상기 기재의 대향하는 두 표면 중 한 표면에 상기 제1나노구조체가 형성되고 다른 한 표면에 상기 제1나노구조체와 높이가 동일한 제2나노구조체가 형성되어, 상기 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차가 100 이상으로 제어될 수 있다.
도 8은 유리를 기재로 하여, 상기 기재의 서로 대향하는 두 표면 중 일 표면에 비드를 단일층으로 배열하고, 배열된 비드(200nm 직경)를 에칭 마스크로 상기 기재를 130 nm의 깊이로 식각하여 상기 일 표면에 나노구조체를 형성하고, 상기 에칭 마스크로 사용된 비드를 제거한 후, 나노구조체가 형성된 일 표면과 대향하는 표면에 다시 비드를 단일층으로 배열하고, 배열된 비드를 에칭 마스크로 상기 기재를 260 nm의 깊이로 식각하여 대향하는 표면에 나노구조체를 형성하여, 300~1600 nm 파장에 대해 측정한 투과율과 반사율 그래프이다.
도 8에서 알 수 있듯이 본 발명의 제조방법은 서로 다른 높이를 갖는 나노구조체를 대향하는 표면 각각에 형성함으로써, 기재의 투과율 자체를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 매우 넓은 파장 대역에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차가 매우 작은 편평한 영역(platue region)을 갖는 투과 스펙트럼을 갖는 기재를 제조할 수 있는 특징이 있다.
상세하게, 기재의 대향하는 두 표면 중 한 표면에 형성된 나노구조체의 높이(L1)를 130 nm로 제어하고, 다른 한 표면에 형성된 나노구조체의 높이(L2)를 260 nm로 제어하면, 도 8과 같은 400 ~ 800nm 파장 대역 전 영역에서 1.5 % 이하의 반사율을 갖는 반사스펙트럼 및 400 ~ 800 nm 파장 대역 전 영역에서 98 % 이상의 투과율을 갖는 투과스펙트럼을 갖는 기재를 제조할 수 있다.
투명기재의 서로 대향하는 두 표면 각각에 나노구조체가 형성되는 경우, 상기 에칭 마스크의 역할을 수행하는 비드의 크기에 의해 나노구조체를 구성하는 기둥의 직경이 제어되는데, 이때 상술한 바와 유사하게 사용된 상기 비드의 직경은 50 내지 300nm인 것이 바람직하다.
도 8에서 알 수 있듯이, 대향하는 두 표면에 서로 다른 높이의 나노구조체를 형성함으로써 가시광의 파장 대역에 대해 최고값과 최저값의 차이가 매우 작은 편평한 영역을 갖는 투과 및 반사스펙트럼을 갖는 기재를 제조할 수 있다. 보다 상세하게, 기재의 일 표면에 형성된 나노구조체인 제1나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차를 100으로 하여, 기재의 대향하는 두 표면 중 한 표면에 상기 제1나노구조체가 형성되고, 다른 한 표면에 상기 제1나노구조체와 높이가 상이한 제2나노구조체가 형성되어, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차가 100 미만으로 제어될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기재의 일 면에 제1 나노구조체를 형성하고,
    기재의 다른 일 면에 제1 나노구조체와 다른 높이를 갖는 제2 나노구조체를 형성함으로써, 기재의 반사율; 및 기재의 양면을 관통하는 광의 파장별 투과율인 투과 스펙트럼의 크기 및 형상;을 제어하되,
    기재의 제1 나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값을 100으로 할 때, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값이 100미만으로 제어되는 것을 특징으로 하는 기능성 표면의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 나노구조체 및 제2 나노구조체는 단일층으로 배열된 비드를 에칭 마스크로 하여 기재를 식각함으로써 형성되는 기능성 표면의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    식각 깊이를 조절하여 나노구조체의 높이를 조절함으로써 반사 스펙트럼의 반사율 피크(peak)의 위치가 제어되도록 하는 기능성 표면의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    기재를 150 nm 내지 420 nm 깊이로 식각하여 기재의 반사 스펙트럼에서 반사율 저점 피크의 위치가 400 nm 내지 1400 nm로 제어되도록 하는 기능성 표면의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    기재는 투명 기재인 기능성 표면의 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    비드는 직경이 50 내지 300nm인 것인 기능성 표면의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1항의 제조방법으로 제조된 기능성 표면이 구비된 기재.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기재는 투명 기재이며, 투명 기재와 상이한 이종 물질층 또는 이종 물질 구조물이 형성되지 않은 상태로 광이 조사될 때 400nm 내지 800nm의 파장 전 영역에서 98 % 이상의 투과율을 갖는 것인 기능성 표면이 구비된 기재.
  14. 삭제
  15. 기재의 일 면에 형성되는 제1나노구조체; 및 기재의 다른 일 면에 제1나노구조체와 다른 높이를 갖는 제2나노구조체를 포함하며,
    기재의 제1나노구조체에 의한 투과 스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값을 100으로 할 때, 기재의 나노구조체가 형성된 두 표면을 투과하는 광의 파장별 투과율인 투과스펙트럼에서 최저 투과율과 최고 투과율의 차이 값이 100 미만인 기능성 표면이 구비된 기재.
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