KR101492503B1 - 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나방 눈(Moth eye) 구조의 돌출 및 함몰 형상 패턴이 반사 방지층의 양면에 구성되고, 한쪽 면은 포물선 모양의 돌기를 형성하고 다른 한쪽 면은 함몰형의 포물선 형상을 가지며, 패턴의 격자가 육각형의 배열을 갖도록 하여, 넓은 범위의 파장에서 우수한 반사 방지 특성을 가진 양면 나노 구조체를 제공하기 위한 것으로서, 반사방지 층의 양면 표면에 형성되며 상기 및 하기 기판 표면에 돌출 형상 및 함몰 형상을 포함하는 것으로 기판 양면에 형성되는 돌출 및 함몰 구조는 나노 크기의 포물선 형상을 가지며, 육각형 배열의 형상을 갖는다.

Description

가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체{Double nano structure with ultra low reflection in visible wavelength region}

본 발명은 반사방지를 위한 양면 나방 눈(Moth-eye) 구조를 박막 혹은 스크린 표면에 형성하는 것으로, 구체적으로 특정 크기의 나방 눈(Moth-eye) 구조의 돌출 혹은 함몰형의 나방 눈 구조의 혼합된 형태로 양면에 형성되도록 하여 광대역(broadband)의 가시광에 대한 높은 투과율을 갖는 양면 나노 구조체에 관한 것이다.

디스플레이의 표면에는 형광등이나 태양광과 같은 외부광의 표면 반사에 의하여 주변 사물이나 경치가 비치는 등의 이유로 인하여 디스플레이의 화면이 잘 보이지 않는 경우가 있으며, 이러한 표면 반사는 디스플레이 화면이 대형화 될수록, 주변이 밝으면 밝을수록 더 많은 반사가 일어나게 된다.

표면의 반사가 심하게 되면 색대비의 저하로 디스플레이의 화질이 저하되어, 큰 불편을 겪게 된다. 이러한 외부 광원에 의한 반사를 방지하기 위하여 디스플레이의 외부 표면에 특정 굴절률을 가지는 반사방지필름을 부착하는 방법이 오랫동안 사용되어왔다.

기존의 반사방지필름은 수십~수백um 두께의 기본 필름 위에 수십~수백 nm 두께의 박막 형태의 반사방지막이 1층 혹은 다층으로 적층된 구조를 가진다. 이러한 반사방지 필름은 기본 필름의 표면에 굴절률이 다른 박막 형태의 반사방지막을 형성한 구조를 가지며, 그 원리는 반사방지막의 표면에서 반사한 표면 반사광의 위상과 반사방지막과 기본 필름과의 경계면에서 반사한 계면반사광의 위상이 서로 역전하여 두 광선이 간섭하게 되며 소멸함으로써 반사를 방지하는 방식이다.

이를 위해서는 특정 파장 대에 따르는 특정 굴절률을 가지는 코팅제가 요구되나, 재료적 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 나방 눈(Moth eye) 구조의 돌출 및 함몰 형상 패턴이 반사 방지층의 양면에 구성되고, 한쪽 면은 포물선 모양의 돌기를 형성하고 다른 한쪽 면은 함몰형의 포물선 형상을 가지며, 패턴의 격자가 육각형의 배열을 갖도록 하여, 넓은 범위의 파장에서 우수한 반사 방지 특성을 가진 양면 나노 구조체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 특징은 기판의 양면 표면에 형성되어 빛의 굴절률을 변화시켜 초저 반사율을 구현하기 위한 포물선 형상으로 된 패턴의 포물선의 크기가 나노 크기의 복수의 패턴 형상을 포함하며, 이때, 상기 패턴 형상은 상면이 반사방지 역할을 하는 나노크기의 돌출 또는 함몰 구조의 포물선 형상으로 구성되고, 광 출사면에 접하는 하면이 반사방지 역할을 하는 나노크기의 함몰 구조의 포물선 형상으로 구성되는 육각형 격자 배열의 나방 눈(Moth-eye) 형태인 허니컴(Honey comb) 구조를 갖는 200nm ~ 400nm 크기의 나노 구조를 가지며, 상기 나노 구조들의 패턴 높이 또는 깊이는 적어도 3단계 이상의 서로 다른 높이 또는 깊이로 구성되며, 상기 구성되는 복수의 패턴형상이 포물선 패턴을 이루도록 구성되는데 있다.
바람직하게 상기 패턴 형상은 나노 구조체가 돌출 패턴 형상의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 높이를 주변 나노 구조의 높이보다 높거나 낮게 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 형상을 역으로 함몰 패턴 형상으로 구성하고, 상기 돌출 패턴의 높이 값보다 함몰 패턴의 깊이 값을 더 크거나 작게 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 패턴 형상은 나노 구조체가 함몰 패턴 형상의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 깊이를 주변 나노 구조의 깊이보다 깊거나 낮게 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 형상을 역으로 돌출 패턴 형상으로 구성하고, 상기 함몰 패턴의 깊이 값보다 돌출 패턴의 높이 값을 더 크거나 작게 구성하는 것을 특징으로 한다.

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이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 나방 눈(Moth eye) 구조의 돌출 및 함몰 형상 패턴이 반사 방지층 양면에 복합 형성되도록 하여 보다 낮은 반사율을 가진 반사방지 박막 제조가 가능하다. 즉, 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 단면 나방 눈 구조의 경우 다층박막(n₁~n₄)을 비롯한 여러 면이 적층된 경우, 다음 면과 맞닿은 경계면에서 반사가 일어나게 되는데, 본 발명과 같이 양면 나방 눈 구조는 반대편 면에서 발생되는 반사를 감소시켜, 전체 반사율이 떨어지는 효과를 가지게 된다.

둘째, 나방 눈(Moth eye) 구조 각각의 함몰형상 패턴이 포물선 형태를 가짐에 따라 가장 반사율이 적은 구조를 가지며, 또한 육각형의 격자 배열 형상을 갖도록 구성하여 구조체의 반사율을 측정시 평파(plane wave)의 각도별 편광특성에 가장 적게 의존하게 되는 효과가 있다.

셋째, 함몰형 나방 눈의 경우 인접한 함몰이 유전체로 둘러싸여 있는 형태로 허니컴(honey comb)이 가지는 구조적 특성을 그대로 가지고 있어 수평방향의 변형에 강하고 이는 마찰력에 의한 나방 눈 구조의 변형 및 손실을 줄여주는 효과가 있다. 특히, 함몰형의 경우 인접 구조 사이를 허니컴(honey comb) 구조로 지탱하는 구조로 인접 구조체끼리의 거리 변형이 상대적으로 작아 돌출형 나방 눈 구조에 비해 더 나은 물리적, 광학적 특성을 가진다.

넷째, 대면적 스크린에 적용하는 경우 대면적 패턴 형성에 흔히 이용되는 식각 공정에서 보다 적은 공정으로 동일한 반사방지 특성을 구현할 수 있으므로 돌출형 나노구조 반사방지에 비해서 생산 비용 절감 효과를 갖는다.

도 1 은 일반적인 다층박막을 갖는 구조체의 반사율을 설명하기 위한 도면
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 제 1 실시예를 나타낸 도면
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 제 2 실시예를 나타낸 도면
도 4 는 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 반사율 파장대 특성을 나타낸 그래프
도 5 내지 도 8 은 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 9 는 도 5 내지 도 8의 양면 나노 구조체의 반사율을 나타낸 그래프
도 10 내지 도 13 은 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 또 다른 실시예를 나타낸 도면
도 14 는 도 10 내지 도 13의 양면 나노 구조체의 반사율을 나타낸 그래프

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

제 1 실시예

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 제 1 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2a 내지 도 2c에서 도시하고 있는 것과 같이, 제 1 실시예에 따른 양면 나노 구조체는 기판의 양면 표면에 형성되어 빛의 굴절률을 변화시켜 초저 반사율을 구현하기 위한 포물선 형상으로 된 패턴의 포물선의 크기가 수백 나노 크기의 패턴 형상을 구성한다. 이때, 기판의 양면 표면에 형성되어 있는 패턴 형상은 기판의 양면 표면에 형성되어 상면은 반사방지 역할을 하는 나노크기의 돌출 구조(10a)의 포물선 형상으로 구성되고, 하면은 반사방지 역할을 하는 나노크기의 함몰 구조(20)의 포물선 형상으로 구성된다.

이때, 상기 포물선 형상이 가지는 특성은 가장 반사율이 적은 구조를 가지도록 파장배율에 수직선상에 따라서 구조체의 유효 굴절률이 이에 대응될 수 있는 효율적 구조이다.

좀 더 상세히 설명하면, 상기 양면 나노 구조체는 기판의 양면 표면에 형성되어 빛의 굴절률을 변화시켜 초저 반사율을 구현하기 위한 포물선 형상으로 된 패턴의 포물선의 크기가 수백 나노크기의 패턴 형상(돌출 또는 함몰)을 형성한다. 그리고 기판의 양면 표면에 형성되어 있는 구조는 상면 및 하면이 기판의 양면 표면에 형성되어 반사방지 역할을 하는 나노크기의 패턴 형상의 구조가 육각형 격자 배열의 나방 눈(Moth-eye) 형태인 허니컴(Honey comb) 구조를 갖는다.

이때, 상기 육각형 격자 배열의 나방 눈 형태의 구조체는 반사율을 측정시 평면파(plane wave)의 각도별 편광특성에 가장 적게 의존하므로 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 반수율의 파장대 특성이 가시광선의 전체 파장에 대해서 낮은 반사율을 나타내게 된다. 또한 상기 패턴 형상은 200nm ~ 400nm 크기의 나노 구조를 가진다.

제 2 실시예

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3a 내지 도 3c에서 도시하고 있는 것과 같이, 제 2 실시예에 따른 양면 나노 구조체는 기판의 양면 표면에 형성되어 빛의 굴절률을 변화시켜 초저 반사율을 구현하기 위한 포물선 형상으로 된 패턴의 포물선의 크기가 수백 나노 크기의 패턴 형상을 구성한다. 이때, 기판의 양면 표면에 형성되어 있는 패턴 형상은 기판의 양면 표면에 형성되어 상면은 반사방지 역할을 하는 나노크기의 함몰 구조(10b)의 포물선 형상으로 구성되고, 하면은 반사방지 역할을 하는 나노크기의 함몰 구조(20)의 포물선 형상으로 구성된다.

이때, 상기 포물선 형상이 가지는 특성은 가장 반사율이 적은 구조를 가지도록 파장배율에 수직선상에 따라서 구조체의 유효 굴절률이 이에 대응될 수 있는 효율적 구조이다.

좀 더 상세히 설명하면, 상기 양면 나노 구조체는 기판의 양면 표면에 형성되어 빛의 굴절률을 변화시켜 초저 반사율을 구현하기 위한 포물선 형상으로 된 패턴의 포물선의 크기가 수백 나노 크기의 패턴 형상(함몰)을 형성한다. 그리고 기판의 양면 표면에 형성되어 있는 구조는 상면 및 하면이 기판의 양면 표면에 형성되어 반사방지 역할을 하는 나노크기의 패턴 형상의 구조가 육각형 배열의 나방 눈(Moth-eye) 형태인 허니컴(Honey comb) 구조를 갖는다. 또한 상기 패턴 형상은 200nm ~ 400nm 크기의 나노 구조를 가진다.

한편, 상기 도시하고 있는 도면과 같이 양면 나노 구조체 중 하면을 함몰 구조(20)로 구성함으로서, 대두되는 접촉형 스크린 및 플랙서블 스크린에 적용하는 경우 나은 물리적 특성을 갖는다.

이때, 상기 육각형 격자 배열의 나방 눈 형태의 구조체의 반사율을 측정시 평면파(plane wave)의 각도별 편광특성에 가장 적게 의존하므로 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 반수율의 파장대 특성이 가시광선의 전체 파장에 대해서 낮은 반사율을 나타내게 된다. 또한 이러한 구조적 특성은 익히 알려진 대로 수평방향의 변형에 강하고, 마찰력에 의한 구조의 변형 및 손실을 줄여준다. 또한, 상기 육각형 격자 배열의 나방 눈 형태의 구조체는 각각의 나노 구조가 가지는 거리 및 방향성 등에 의존하는데 제 1 실시예에서와 같이, 플랙서블 스크린에 적용되는 돌출형 나방 눈을 구조를 고려하면 곡율 반경에 따라서 나방 눈 구조의 간격이 차이가 나게 되는데 이는 전체 반사율 차이 및 파장에 따른 반사율 변이가 일어나게 된다. 따라서 제 2 실시예에서와 같이, 함몰형의 경우 인접 구조 사이를 허니컴(honey comb) 구조로 지탱하는 구조로 인접 구조체끼리의 거리 변형이 상대적으로 작아 돌출형 나방 눈 구조에 비해 더 나은 물리적, 광학적 특성을 가진다.

상기 제 1, 2 실시예에서 도시하고 있는 것과 같이, 나방 눈 구조의 돌출 및 함몰 형태의 패턴 형상을 기판 양면에 복합 형성되도록 하여 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 낮은 반사율(0.1%)을 가진 반사방지 박막 구조가 가능하다. 즉, 단면 나방 눈 구조의 경우 필름을 비롯한 여러 면이 적층된 경우, 다음 면과 맞닿은 경계면에서 반사가 일어나게 된다. 그러나 본 발명과 같이 양면 나방 눈 구조는 반대편 면에서도 발생되는 반사를 감소시켜, 전체 반사율이 떨어지는 효과를 가지게 된다.

한편, 양면 나노 구조체는 위에서 기재된 제 1, 2 실시예 외에 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다.

즉, 도 5 및 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 양면 나노 구조체는 돌출 패턴 형상(10a)의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조(10c)(10a)의 높이를 주변 나노 구조(10a)(10d)의 높이와 서로 다르게 구성하거나, 도 7 및 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이, 양면 나노 구조체는 함몰 패턴 형상(10b)의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조(10e)(10b)의 깊이를 주변 나노 구조(10b)(10f)의 깊이와 서로 다르게 구성할 수도 있다.

또는 도 10 및 도 13에 도시하고 있는 것과 같이, 양면 나노 구조체는 함몰 패턴 형상(10b)(10f)의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조(10d)(10a)의 형상을 역으로 돌출 패턴 형상으로 구성할 수도 있다. 이때, 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이, 함몰 패턴(10b)의 깊이 값보다 돌출 패턴(10d)의 높이 값을 더 크게 구성하거나, 또는 도 13에서 도시하고 있는 것과 같이, 함몰 패턴(10f)의 깊이 값보다 돌출 패턴(10a)의 높이 값을 더 작게 구성할 수 있다.

또한 도 11 및 도 12에 도시하고 있는 것과 같이, 양면 나노 구조체는 돌출 패턴 형상(10a)(10d)의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조(10f)(10b)의 형상을 역으로 함몰 패턴 형상으로 구성할 수도 있다. 이때, 도 11에서 도시하고 있는 것과 같이, 돌출 패턴(10a)의 높이 값보다 함몰 패턴(10f)의 깊이 값을 더 크게 구성하거나, 또는 도 12에서 도시하고 있는 것과 같이, 돌출 패턴(10d)의 깊이 값보다 함몰 패턴(10b)의 높이 값을 더 작게 구성할 수 있다.

이와 같이 상기 도 5 내지 도 13에서 도시하고 있는 것과 같이, 나방 눈 구조의 돌출 및 함몰 형태의 패턴 형상을 기판 한 면에 복합 형성되도록 하여 도 15에서 도시하고 있는 것과 같이 상기 제 1, 2 실시예의 반사율(0.1%) 보다 낮은 반사율(0.07%)을 가진 반사방지 박막 구조가 가능하다.

이 외에도 도 14a 내지 도 14d에서 도시하고 있는 것과 같이, 육각형 배열된 나노 구조들의 돌출 패턴 높이를 적어도 3단계 이상의 높이로 구성할 수도 있다. 이때도 물론 육각형 배열된 나노 구조들을 함몰 패턴으로 구성할 수 있음에 주의하여야 한다. 이때, 도 14a는 나노 구조들의 사시도를, 도 14b는 나노 구조들의 정면도를, 도 14c는 나노 구조들의 상면도를, 도 14d는 나도 구조들의 측면도를 나타내고 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 기판의 양면 표면에 형성되어 빛의 굴절률을 변화시켜 초저 반사율을 구현하기 위한 포물선 형상으로 된 패턴의 포물선의 크기가 나노 크기의 복수의 패턴 형상을 포함하며,
   이때, 상기 패턴 형상은 상면이 반사방지 역할을 하는 나노크기의 돌출 또는 함몰 구조의 포물선 형상으로 구성되고, 광 출사면에 접하는 하면이 반사방지 역할을 하는 나노크기의 함몰 구조의 포물선 형상으로 구성되는 육각형 격자 배열의 나방 눈(Moth-eye) 형태인 허니컴(Honey comb) 구조를 갖는 200nm ~ 400nm 크기의 나노 구조를 가지며,
   상기 나노 구조들의 패턴 높이 또는 깊이는 적어도 3단계 이상의 서로 다른 높이 또는 깊이로 구성되며, 상기 구성되는 복수의 패턴형상이 포물선 패턴을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
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6. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 형상은
   나노 구조체가 돌출 패턴 형상의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 높이를 주변 나노 구조의 높이보다 높거나 낮게 구성하는 것을 특징으로 하는 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 형상을 역으로 함몰 패턴 형상으로 구성하고,
   상기 돌출 패턴의 높이 값보다 함몰 패턴의 깊이 값을 더 크거나 작게 구성하는 것을 특징으로 하는 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 형상은
   나노 구조체가 함몰 패턴 형상의 경우 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 깊이를 주변 나노 구조의 깊이보다 깊거나 낮게 구성하는 것을 특징으로 하는 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 육각형 배열의 나노 구조들 중 중앙에 위치하는 나노 구조의 형상을 역으로 돌출 패턴 형상으로 구성하고,
   상기 함몰 패턴의 깊이 값보다 돌출 패턴의 높이 값을 더 크거나 작게 구성하는 것을 특징으로 하는 가시광 영역에서 낮은 반사율을 갖는 양면 나노 구조체.
10. 삭제

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