KR101707211B1 - film and manufacturing method at the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지지물질과 지지물질과는 밀도가 다른 나노입자를 포함하는 박막과 그 제조방법에 관한 것으로서 밀도차에 의해 상기 입자들은 상기 지지 물질의 상부 또는 하부에 집중적으로 밀집된다. 본 발명은 또한 표면 거칠기를 높일 수 있는 박막 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 박막은 지지 물질과, 상기 지지 물질 내의 입자들을 포함하되, 또한, 상기 입자들은 상기 지지 물질보다 낮은 밀도를 갖고, 상기 지지 물질 상부에서 표면 거칠기를 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a thin film comprising nano-particles having different densities from a support material and a support material, and a method of manufacturing the thin film, wherein the density is concentrated intensively on the upper or lower portion of the support material. The present invention also discloses a thin film capable of increasing the surface roughness and a method of manufacturing the thin film. The thin film includes a support material and particles in the support material, wherein the particles have a lower density than the support material and can increase surface roughness on the support material.
Description
본 발명은 박막 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 우수한 표면 거칠기가 큰 박막 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a thin film having an excellent surface roughness and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 태양 전지는 태양으로부터 방출되는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 광전 에너지 변환 시스템(photovoltaic energy conversion system)이다. 태양전지는 무한한 태양 광원을 소스로 사용하여 전력을 발생하고, 전력의 발생시 공해가 발생하지 않아 대표적인 미래의 친환경 에너지원으로 각광받고 있다. 때문에, 태양전지를 실용화시키기 위한 많은 연구가 진행 중이다. 태양전지는 태양광의 반사 방지막과 같은 박막을 포함할 수 있다. 하지만, 종래의 반사방지용 박막은 충분한 표면 거칠기를 제공하지 못하고 있다. Generally, a solar cell is a photovoltaic energy conversion system that converts light energy emitted from the sun into electrical energy. Solar cells generate electricity using an infinite solar source as a source, and pollution does not occur when power is generated, and it is becoming a popular future eco-friendly energy source. Therefore, much research is underway to put solar cells into practical use. The solar cell may include a thin film such as an antireflective film of sunlight. However, conventional antireflection thin films do not provide sufficient surface roughness.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 증가된 표면 거칠기를 갖는 박막 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a thin film having increased surface roughness and a method of manufacturing the thin film.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 상부와 하부의 밀도가 서로 다른 박막 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a thin film having a different upper and lower densities, and a method of manufacturing the thin film.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 박막은 기판으로 제공되는 광의 반사율을 감소시키기 위해 표면 거칠기를 갖는 박막에 있어서, 상기 기판 상에 배치되고, 제1 산화물을 포함하는 지지 물질; 및 상기 지지 물질 내의 상부에 배치되어 상기 표면 거칠기를 생성하고, 상기 제1 산화물과 다른 제2 산화물을 포함하는 입자들을 포함한다. 여기서, 상기 입자들은 상기 지지 물질의 밀도보다 작은 밀도를 가질 수 있다. 상기 표면 거칠기는 상기 지지 물질의 밀도와 상기 입자들의 밀도의 차이에 대응되는 밀도 차, 및 상기 입자들의 크기에 비례하여 증가할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film having a surface roughness for reducing reflectance of light provided to a substrate, the thin film comprising: a support material disposed on the substrate and including a first oxide; And particles disposed on top of the support material to produce the surface roughness, the second oxide being different from the first oxide. Here, the particles may have a density less than the density of the support material. The surface roughness may increase in proportion to the density difference corresponding to the difference between the density of the support material and the density of the particles, and the size of the particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 산화물은 알루미늄산화물을 포함하고, 상기 제2 산화물은 실리콘산화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first oxide may include aluminum oxide, and the second oxide may include silicon oxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입자가 10나노미터 내지 150나노미터의 직경을 가질 때, 상기 표면 거칠기는 4.6나노미터 내지 60나노미터일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the particles have a diameter of 10 nanometers to 150 nanometers, the surface roughness may be 4.6 nanometers to 60 nanometers.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입자들은 상기 지지 물질보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the particles may have a lower refractive index than the support material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입자의 직경은 상기 표면 거칠기보다 클 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diameter of the particles may be larger than the surface roughness.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 산화물은 티타늄산화물, 탄탈륨산화물, 또는 아연산화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first oxide may include titanium oxide, tantalum oxide, or zinc oxide.
상기 입자는 실리콘 질화물을 더 포함하고, 상기 입자들은 상기 지지 물질보다 높은 밀도를 갖고, 상기 지지 물질 하부에서 분포하여 박막의 상부보다 하부가 굴절율이 클 수 있다.The particles further comprise silicon nitride, the particles have a higher density than the support material, and the refractive index of the lower part of the thin film may be larger than that of the upper part of the thin film.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막의 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제1 산화물을 포함하는 입자들과, 상기 제1 산화물과 다른 제2 산화물을 포함하고 상기 입자의 밀도보다 작은 밀도를 갖는 지지 물질을 함유하는 전구체 용액을 코팅하는 단계; 상기 입자의 밀도와 상기 지지 물질의 밀도 차이에 대응되는 밀도 차에 따라 상기 입자들을 상기 전구체 용액의 상부로 재배열하는 단계; 및 상기 전구체 용액으로부터 상기 지지 물질을 생성하여 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 박막의 표면 거칠기는 상기 밀도 차와 상기 입자들의 크기에 비례하여 증가할 수 있다..According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film, comprising: providing a substrate; Coating a precursor solution on the substrate, the precursor solution containing particles comprising a first oxide and a support material comprising a second oxide other than the first oxide and having a density less than the density of the particles; Rearranging the particles to an upper portion of the precursor solution according to a density difference corresponding to the difference between the density of the particles and the density of the support material; And generating the support material from the precursor solution to form a thin film. Here, the surface roughness of the thin film may increase in proportion to the density difference and the size of the particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 물질보다 낮은 밀도를 갖는 입자들은 상기 지지 물질의 상부에서 표면 거칠기를 증가시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, particles having a density lower than the support material may increase the surface roughness at the top of the support material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전구체 용액은 상기 지지 물질의 전구체와 용매를 포함할 수 있다. 상기 표면 거칠기는 상기 전구체 용액 내에서 상기 전구체의 농도에 비례하여 증가될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the precursor solution may comprise a precursor of the support material and a solvent. The surface roughness can be increased in proportion to the concentration of the precursor in the precursor solution.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 거칠기는 상기 나노 입자들과 상기 지지 물질의 밀도차에 비례하여 증가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the surface roughness may be increased in proportion to the density difference between the nanoparticles and the support material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 거칠기는 상기 나노 입자들의 직경에 비례하여 증가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the surface roughness can be increased in proportion to the diameter of the nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전구체 용액과 상기 입자들은 혼합된 후 상기 기판 상에 코팅될 수 있다. 상기 입자들은 분산액에 분산된 후 상기 전구체 용액에 혼합될 수 있다. 상기 전구체 용액은 졸겔 방법, 스크린 프린팅 법, 스프레이법, 담금법, 잉크젯 인쇄법 중 적어도 하나에 의해 상기 기판 상에 코팅될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the precursor solution and the particles may be mixed and then coated on the substrate. The particles may be dispersed in a dispersion and then mixed with the precursor solution. The precursor solution may be coated on the substrate by at least one of a sol-gel method, a screen printing method, a spray method, a dipping method, and an ink-jet printing method.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 지지물질보다 밀도가 낮은 나노 입자들이 혼합된 지지 물질의 전구체 용액을 기판 상에 코팅하고, 상기 나노 입자들과 상기 지지 물질의 밀도차에 의해 상기 나노 입자들이 상기 전구체 용액과 열처리 중의 상부로 밀집됨에 따라 박막의 표면 거칠기를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, a precursor solution of a support material mixed with nanoparticles having a density lower than that of the support material is coated on a substrate, and by the difference in density of the nanoparticles and the support material And the surface roughness of the thin film can be increased as the nanoparticles are densely packed into the upper part of the precursor solution and the heat treatment.
지지 물질 보다 밀도가 큰 나노 입자들을 혼합한 지지 물질의 전구체 용액을 코팅하고 상기 나노 입자들과 상기 지지 물질의 밀도차에 의해 상기 나노 입자들의 상기 전구체 용액과 열처리 중의 지지 물질의 하부로 밀집됨에 따라 막의 상부보다 하부가 밀도가 더 큰 막이 얻어지는 효과가 있다.A precursor solution of a support material mixed with nanoparticles having a density larger than that of the support material is coated and the precursor solution of the nanoparticles and the support material during the heat treatment are densely packed by the density difference between the nanoparticles and the support material, It is possible to obtain a film having a lower density than the upper portion of the film.
나노 입자들은 박막의 상부 또는 하부에 치우쳐 분포될 수 있다. 따라서, 박막은 굴절률이 서로 다른 다층의 박막으로 구성된 것과 같은 효과를 나타낸다.The nanoparticles may be biased toward the top or bottom of the film. Therefore, the thin film exhibits the same effect as that composed of a multilayer thin film having a different refractive index.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막의 제조 방법을 순차적을 나타낸 공정 단면도들.
도 4는 지지 물질 및 나노 입자들을 포함하는 박막을 투과형 전자현미경으로 계측한 사진.
도 5a 및 도 5b는 나노 입자들로 이루어진 박막을 나타내는 사진들.1 to 3 are process sectional views sequentially showing a method of manufacturing a thin film according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph of a thin film containing a support material and nanoparticles measured by a transmission electron microscope.
Figures 5A and 5B are photographs showing thin films of nanoparticles.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막의 제조 방법을 순차적을 나타낸 공정 단면도들이다.FIGS. 1 to 3 are process sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막(40)의 제조 방법은 준비된 기판(10) 상에 나노 입자들(30)이 혼합된 지지 물질(20)의 전구체 용액(22)을 코팅한다. 나노 입자들(30)이 혼합된 전구체 용액(22)은 졸겔 방법, 스크린 프린팅 법, 스프레이법, 담금법으로 기판(10) 상에 코팅될 수 있다. 다음, 상기 지지 물질(20)과 상기 나노 입자들(30)의 밀도차를 이용하여 상기 전구체 용액(22)의 상부로 나노 입자들(30)를 밀집 또는 자체 배열 이후에, 상기 지지 물질(20)을 고체화할 수 있다. 나노 입자들(30)은 지지 물질(20) 상부에서 박막(40)의 표면 거칠기(surface roughness)를 증가시킬 수 있다. 1 to 3, a method of manufacturing a
나노 입자들(30)과 지지 물질(20) 각각은 서로 밀도차를 갖는 산화물(oxide)과 질화물(nitride)을 포함할 수 있다. 나아가, 나노 입자들(30)은 금속을 포함할 수도 있다. 산화물 또는 질화물은 안정한 물질로서 나노 입자들(30)의 제조가 용이하고, 보호막, 반사방지막, 및 절연막 등으로 다양한 용도로 사용될 수 있다. 나노 입자들(30)은 지지 물질(20)보다 밀도 및 굴절률이 낮은 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 박막(40)은 나노 입자들(30)에 의해 상부와 하부의 굴절률이 서로 달라질 수 있다. 나노 입자들(30)은 박막(40)의 상부 또는 하부에 치우쳐 분포되기 때문에 상기 박막(40)의 상부 및 하부에서의 굴절률 차이를 유도할 수 있다. 따라서, 박막(40)은 서로 다른 굴절률을 갖는 다층 박막이 될 수 있다.Each of the
일례로, 나노 입자들(30)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 나노 입자들(30)과 지지 물질(20)은 서로 다른 종류의 산화물로 이루어질 수 있다. 지지 물질(20)은 나노 입자들(30)보다 밀도가 높은 금속 산화물 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다. 또한, 나노 입자들(30)은 지지 물질(20)보다 밀도가 낮은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 금속 산화물들과 같은 소재들은 표 1과 같은 고유한 밀도와 굴절률을 가질 수 있다.In one example, the
표 1에서의 산화물들과 질화물은 대체적으로 밀도가 클수록 큰 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 서로 다른 종류의 산화물들과, 질화물은 각기 서로 다른 밀도를 갖기 때문에 나노 입자들(30)의 형태와 전구체 용액(22)의 상태로 혼합하여 코팅한 후 용매를 증발시키고 열처리할 때 밀도차에 따라 용이하게 서로 분리될 수 있다.The oxides and nitrides in Table 1 can generally have larger refractive indices as the density increases. Therefore, since oxides and nitrides of different kinds have different densities, they are mixed and coated in the form of the
일반적으로 용액을 이용한 박막의 형성 공정에서 서로 다른 종류의 전구체 용액들의 혼합용액을 이용하여 혼합 조성의 박막을 제조할 경우, 상기 전구체들이 균일하게 섞여있고 또 후속 열처리 등에 의해 서로 cross-linking이 되어 균일한 조성의 박막이 형성될 수 있다. 그러나, 나노 입자들(30)이 혼합된 지지 물질(20)의 전구체 용액(22)으로 박막(40)을 제조할 경우, 혼합 용액 내에서는 나노 입자들(30)이 균일하게 분산되어 있도록 제조하여 기판(10) 상에 그 혼합 용액을 코팅하고 용매를 증발시키기 위한 80~150℃정도의 저온에서 1차 열처리를 하면 나노 입자들(30)을 균일하게 전구체 용액(22) 내에 분산되도록 하는 용매가 증발됨에 따라 나노 입자들(30)이 지지 물질 전구체와의 밀도차에 의해 막내에서 재분포하게 된다. 나노 입자들(30)은 밀도차에 의해 전구체 용액(22)의 상부 또는 하부로 밀집하여 분포될 수 있다. 나노 입자들(30)은 지지 물질(20)의 전구체 용액(22)에 투입되기 전에 상기 지지 물질(20)과 서로 다른 조성의 고체로 제조되어 있는 상태이기 때문이다. 전구체 용액(22)은 열처리 공정과 같은 고체화 공정을 통해 전구체들이 서로 cross-linking되어 중합되어 지지 물질(20)을 생성시킬 수 있다. 이때, 반응 잔류물들이 증발되어 제거될 수 있다. 따라서, 밀도차를 갖는 나노 입자들(30)과, 지지 물질(20)은 전구체 용액(22) 내에서 서로 화학적 결합에 의해 연결되어 있지 않는 한 밀도차에 의해 분리되어 가벼운 것은 위로, 무거운 것은 아래로 분리 또는 재배열 된다. 또한 복수로 혼합된 소재들의 분리 또는 재배열은 후속의 열처리와 같은 고체화 공정에서 더욱 확연히 일어날 수 있다. Cross-linking을 본격적으로 일어나도록 하는 2차 열처리와 같은 고체화 공정에서 더욱 확연히 일어날 수 있다. 통상 2차 열처리는 200~500℃ 사이에서 수행한다. 상기 설명한 바와 같이, 박막(40)은 상부 영역과, 하부 영역 별로 평균 밀도와 평균 조성이 서로 다르게 형성될 수 있다. Generally, when a thin film of a mixed composition is prepared by using a mixed solution of different kinds of precursor solutions in a thin film forming process using a solution, the precursors are uniformly mixed and cross-linked with each other by subsequent heat treatment, A thin film of one composition can be formed. However, when the
따라서, 박막(40)은 상부의 밀도가 낮고 하부의 밀도가 높기 때문에 광학적으로 유용성이 높은 특성을 가질 수 있다. 박막(40)은 하부에서 상부까지 점진적으로 감소되는 굴절률을 가질 수 있다. 나노 입자들(30)은 공기보다 높은 굴절률을 갖고, 지지 물질(20)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 박막(40)은 외부로부터 상부에 빛이 입사되면, 균일한 굴절률의 박막에 비해 광학적으로 보다 넓은 파장대를 갖는 빛의 반사율을 감소시키는 반사방지막이 될 수 있다. 이러한 특성은 통상적인 방법으로 박막(40)을 형성할 경우 다층의 박막을 제조하여 얻을 수 있지만, 본 발명에서는 한 층의 막을 형성하는 공정을 통해서도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 박막(40)의 하부로부터 빛이 입사될 때, 박막(40)은 하부에서 상부로 반사율이 점진적으로 증가되는 고반사막이 될 수 있다. 기판(10)은 지지 물질(20)보다 높은 굴절률을 갖는 투명 재질을 포함할 수 있다. Therefore, the
특히, 박막(40)의 표면 거칠기는 나노 입자들(30)의 크기에 비례하여 증가될 수 있다. 또한 표면 거칠기는 나노 입자들(30)과 지지 물질(20)의 밀도차에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 지지 물질(20)과 나노 입자들(20)의 밀도차에 따른 표면 거칠기의 변화는 다음과 같이 설명될 수 있다. 지지 물질(20)이 유체 상태이고, 나노 입자들(20)이 그 위에 떠 있는 고체 상태일 경우를 가정할 수 있다. 나노 입자들(30)의 밀도가 지지 물질(20) 밀도의 1/2일 경우, 표면 거칠기는 나노 입자들(30)의 평균 직경의 1/2정도 일 수 있다. 나노 입자들(30)의 밀도가 지지 물질(20)의 1/3이면, 나노 입자들(30)은 최대 그 부피의 2/3만큼 지지 물질(30) 위로 돌출될 수 있다. 실질적으로, 박막(40)은 나노 입자들(30)의 표면에 지지 물질(20)이 코팅되기 때문에 계산치 보다 증가된 표면 거칠기를 가질 수 있다.In particular, the surface roughness of the
이하, 산화알루미늄의 지지 물질(20)과, 산화 실리콘의 나노 입자들(20)을 포함하는 박막(40)의 제조방법을 실험예로서 설명한다.Hereinafter, a manufacturing method of the
산화알루미늄의 전구체 용액(22)에 산화실리콘의 나노 입자들(30)을 혼합시킨 후 기판(10) 상에 코팅한다. 여기서, 나노 입자들(30)은 먼저 분산액에 분산된 후 전구체 용액(22)에 혼합될 수 있다. 전구체 용액(22)은 졸겔 방법으로 기판(10) 상에 코팅될 수 있다. 산화알루미늄의 전구체 용액(22)은 용매에 용해된 알루미늄 이소프로폭사이드의 전구체를 포함할 수 있다. 전구체들은 200 ~ 500oC 온도에서의 열처리에 의해 서로 cross-linking 되어 중합되면서 산화알루미늄과 반응 잔류물들을 생성할 수 있다. 반응 잔류물들과 용매는 증발되거나 산화알루미늄의 지지 물질(20)로부터 제거될 수 있다. 이러한 과정 중에 산화알루미늄보다 밀도가 작은 산화실리콘의 나노 입자들(30)이 지지 물질(20)의 상부에 밀집된 박막(40)이 획득될 수 있다. 표 2는 박막(40)의 제조 방법에 따른 표면 거칠기의 변화를 나타낸다.The
(5% SiO2 분산액 사용)A thin film composed of only SiO 2 nanoparticles (about 10 nm in diameter)
(Using a 5% SiO 2 dispersion)
(AlO-precursor 2% 용액)A thin film made only of Al 2 O 3 supporting material
(AlO-precursor 2% solution)
(2% SiO2 + 1% AlO-precursor)A thin film prepared by supporting SiO 2 nanoparticles (having a diameter of about 10 nm) with an Al 2 O 3 support material
(2% SiO 2 + 1% AlO-precursor)
(2% SiO2 + 2% AlO-precursor)A thin film prepared by supporting SiO 2 nanoparticles (10-15 nm in diameter) with an Al 2 O 3 support material
(2% SiO 2 + 2% AlO-precursor)
여기서, 박막은 약 40nm 내지 90nm정도의 두께를 가진다. 박막(40)의 표면 거칠기는 원자 현미경(Atomic Force Microscope)으로 계측되었다. Here, the thin film has a thickness of about 40 to 90 nm. The surface roughness of the
산화알루미늄(Al2O3)의 전구체 용액(22)만을 단독으로 이용하여 제조된 산화알루미늄(Al2O3) 박막은 0.30nm정도의 매우 작은 표면 거칠기를 가진다. 약 10 nm 내외의 직경을 갖는 산화실리콘(SiO2)의 나노 입자들(30)만을 단독으로 이용하여 제조된 산화실리콘(SiO2) 박막은 1.54 nm정도의 작은 표면 거칠기를 가진다. 나노 입자들(30)의 박막은 이소프로필 알코올과 같은 용매에 혼합되어 기판(10) 상에 코팅된 후, 제조될 수 있다. 산화알루미늄(Al2O3)의 지지 물질(20) 내에 산화실리콘 나노 입자들(30)이 섞인 박막(40)은 5 ~ 6 nm정도의 높은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 이러한 실험 결과는 액체 상태의 전구체가 나노 입자들(30) 사이의 공극을 메꾸어 주고 상기 전구체가 고체로 전환되는 과정을 통해 결과적으로 표면 거칠기가 감소될 것이라는 당업자의 통상적인 예측에 반대되는 현상을 보여줄 수 있다. 따라서, 지지 물질(20) 및 나노 입자들(30)을 포함한 박막(40)은 상기 지지 물질(20)의 박막 또는 상기 나노 입자들(30)의 박막보다 큰 표면 거칠기를 가질 수 있다.The aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film prepared by using only the
도 4는 지지 물질(20) 및 나노 입자들(30)을 포함하는 박막(40)을 투과형 전자현미경으로 계측한 사진이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 박막(40)은 수 nm 이상의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 비정질 상태인 산화알루미늄으로 구성된 지지 물질(20)과 비정질 상태인 산화실리콘의 나노 입자들(30)은 투과형 전자 현미경에 의해 계측될 수 없다. 그러나, 박막(40)의 표면 거칠기는 투과형 전자 현미경과 원자간력 현미경에 의해 계측될 수 있다. 박막(40)의 표면 거칠기는 투과형 전자 현미경과 원자 현미경에서 유사한 값으로 계측될 수 있다. 4 is a photograph of a
다시 표 2를 참조하면, 박막(40)은 전구체 용액(22) 내에서 지지 물질(20)의 전구체 농도에 비례하여 증가된 표면 거칠기를 가질 수 있다. 박막(40)은 산화알루미늄 전구체의 농도가 1%인 전구체 용액(22)보다 2%인 전구체 용액(22)으로 형성될 때, 더 큰 표면 거칠기를 가질 수 있다. 전구체 용액(22) 내에서 전구체의 농도가 증가됨에 따라 지지 물질(20)의 석출 량이 증가될 수 있다. 따라서, 박막(40)의 표면 거칠기는 전구체 용액(22)으로부터 지지 물질(20)의 증착량과, 전구체의 농도에 비례하여 증가될 수 있다. 전구체 용액(22) 내에서 전구체의 농도가 증가됨에 따라 1회 코팅에 의해 형성되는 지지물질로 구성되는 막의 두께가 증가될 수 있다.Referring again to Table 2, the
표면 거칠기는 나노 입자들(30)과 밀도차가 큰 지지 물질(20)일수록 더 증가될 수 있다. 이와 동일한 이유로 표 1에 개시된 산화티타늄(TiO2의 지지 물질(20) 내에 산화실리콘(SiO2)의 나노 입자들(30)을 시킬 경우, 박막(40)은 큰 표면 거칠기를 가질 수 있다. 산화아연(ZnO) 또는 산화탄탈륨(Ta2O5)의 지지 물질(20) 내에 산화실리콘(SiO2)의 나노 입자들(30)을 포함시킬 경우, 박막(40)은 산화티타늄(TiO2)의 경우보다 보다 더 큰 표면 거칠기를 가질 수 있다. 또한, 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 또는 산화탄탈륨(Ta2O5)의 지지 물질(20) 내에 질화실리콘(Si3N4)의 나노 입자들(30)을 포함시킬 경우, 박막(40)은 큰 표면 거칠기를 얻을 수 있다. 지지 물질(20)은 복수개의 산화물 전구체를 포함하는 전구체 용액들(22)로부터 밀도와 굴절률이 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 박막(40)의 제조방법은, 표면 거칠기를 조절할 수 있다.The surface roughness can be further increased with the
표면 거칠기는 지지 물질(20) 내에 포함된 나노 입자들(30)의 크기에 비례하여 증가될 수 있다. 나노 입자들(30)은 1nm 내지 500nm 정도의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 물질(20)이 동일할 경우, 500nm 정도의 직경을 갖는 나노 입자들(30)은 100nm 정도의 직경을 갖는 나노 입자들(30)에 비해 박막(40)의 표면 거칠기를 약 5배 정도로 증가시킬 수 있다. 이때, 표면 거칠기는 지지 물질(20)과 나노 입자들(30) 의 밀도차에 비례하여 증가될 수 있다. 100nm 정도의 직경을 갖는 나노 입자들(30)은 밀도가 2배 이하인 지지 물질(20) 내에서 약 수nm 내지 50nm 정도의 표면 거칠기를 갖는 박막(40)으로 형성될 수 있다. 또한, 500nm 정도의 직경을 갖는 나노 입자들(30)은 밀도가 2배 이하인 지지 물질(20) 내에서 약 수nm 내지 250nm 정도의 표면 거칠기를 갖는 박막(40)으로 형성될 수 있다. 지지 물질(20)과 나노 입자들(30)의 밀도차가 매우 클 경우, 500nm 직경의 나노 입자들(30)을 포함한 박막(40)은 최대 500nm의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 따라서, 박막(40)은 나노 입자들(30)의 직경에 대응되는 표면 거칠기를 가질 수 있다. 일례로 표1에서 10 ~ 15nm 직경을 갖는 실리콘산화물의 나노 입자들(30)가 산화알루미늄 지지 물질(20) 내에 혼합되어 박막(40)이 형성되었을 때 표면 거칠기는 4.6 ~ 6.0 nm 가 얻어졌다. 동일한 방법으로 직경이 100 ~ 150nm인 나노 입자들(30)을 사용하여 박막(40)을 형성하면 표면 거칠기가 46 ~ 60 nm인 막이 얻어질 수 있다. 이와 같이 박막(40)의 표면거칠기는 다른 조건이 동일할 때 나노 입자들(30)의 크기에 비례하여 증가한다.The surface roughness can be increased in proportion to the size of the
도 5a 및 도 5b는 나노 입자들(30)로 이루어진 박막을 나타내는 사진들이다.Figs. 5A and 5B are photographs showing thin films made of
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 나노 입자들(30)은 단순히 지지 물질 전구체가 포함되어 있지않은 분산용매에 분산시켜 졸겔 방법에 의해 유리 기판 상에 지지 물질(20)이 없이 단일 박막으로 형성될 때, 다수의 균열(32)을 유발시킬 수 있다. 여기서, 나노 입자들(30)은 약 10nm 정도의 직경을 갖는 산화실리콘이고, 산화실리콘을 포함할 수 있다. 산화실리콘의 나노 입자들(30)은 약 1.5 정도의 굴절률을 갖는 유리보다 작은 약 1.34 정도의 굴절률을 가질 수 있다.5A and 5B, the
작은 양의 지지 물질(20)은 나노 입자들(30)의 접착력을 개선시킬 수 있다. 약 1.7정도의 굴절률을 갖는 산화알루미늄의 전구체 용액(22) 내에 다량의 산화실리콘 나노 입자들(30)이 투입된 박막(40)은 유리보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 박막(40)은 유리 기판 상에서 약 1.35 내지 1.37 정도의 굴절률을 갖는 반사방지막 또는 고반사막이 될 수 있다. 박막(40)은 나노 입자들(30)보다 높고, 지지 물질(20) 보다 월등히 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 박막(40)의 제조방법은 나노 입자들(30)과 지지 물질(20)의 양을 조절하여 박막(40)의 굴절률을 용이하게 조절할 수 있다.A small amount of the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.
10: 기판 20: 지지 물질
30: 나노 입자들 40: 박막10: substrate 20: support material
30: nanoparticles 40: thin film
Claims (19)
상기 기판 상에 배치되고, 제1 산화물을 포함하는 지지 물질; 및
상기 지지 물질 내의 상부에 배치되어 상기 표면 거칠기를 생성하고, 상기 제1 산화물과 다른 제2 산화물을 포함하는 입자들을 포함하되,
상기 입자들은 상기 지지 물질의 밀도보다 작은 밀도를 갖되,
상기 표면 거칠기는 상기 지지 물질의 밀도와 상기 입자들의 밀도의 차이에 대응되는 밀도 차, 및 상기 입자들의 크기에 비례하여 증가하는 박막. A thin film having a surface roughness for reducing a reflectance of light provided to a substrate,
A support material disposed on the substrate, the support material comprising a first oxide; And
Particles disposed on top of said support material to produce said surface roughness and comprising a second oxide different from said first oxide,
The particles having a density less than the density of the support material,
Wherein the surface roughness increases in proportion to the density difference corresponding to the difference between the density of the support material and the density of the particles, and the size of the particles.
상기 제1 산화물은 알루미늄산화물을 포함하되,
상기 제2 산화물은 실리콘산화물을 포함하는 박막.The method according to claim 1,
Wherein the first oxide comprises aluminum oxide,
Wherein the second oxide comprises silicon oxide.
상기 입자가 10나노미터 내지 150나노미터의 직경을 가질 때, 상기 표면 거칠기는 4.6나노미터 내지 60나노미터 인 박막.The method according to claim 1,
Wherein the surface roughness is from 4.6 nanometers to 60 nanometers when the particles have diameters of 10 nanometers to 150 nanometers.
상기 입자들은 상기 지지 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 박막The method according to claim 1,
The particles may be a thin film having a refractive index lower than the refractive index of the support material
상기 입자의 직경은 상기 표면 거칠기보다 큰 박막. The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the particles is larger than the surface roughness.
상기 제1 산화물은 티타늄산화물, 탄탈륨산화물, 또는 아연산화물을 포함하는 박막.The method according to claim 1,
Wherein the first oxide comprises titanium oxide, tantalum oxide, or zinc oxide.
상기 입자는 실리콘 질화물을 더 포함하는 박막.The method according to claim 1,
Wherein the particles further comprise silicon nitride.
상기 입자들은 상기 지지 물질보다 높은 밀도를 갖고, 상기 지지 물질 하부에서 분포하여 박막의 상부보다 하부가 굴절율이 큰 박막.The method of claim 1, wherein
Wherein the particles have a density higher than that of the support material and a lower refractive index than that of the upper portion of the thin film.
상기 기판 상에 제1 산화물을 포함하는 입자들과, 상기 제1 산화물과 다른 제2 산화물을 포함하고 상기 입자의 밀도보다 작은 밀도를 갖는 지지 물질을 함유하는 전구체 용액을 코팅하는 단계;
상기 입자의 밀도와 상기 지지 물질의 밀도 차이에 대응되는 밀도 차에 따라 상기 입자들을 상기 전구체 용액의 상부로 재배열하는 단계; 및
상기 전구체 용액으로부터 상기 지지 물질을 생성하여 박막을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 박막의 표면 거칠기는 상기 밀도 차와 상기 입자들의 크기에 비례하여 증가하는 박막의 제조방법.Providing a substrate;
Coating a precursor solution on the substrate, the precursor solution containing particles comprising a first oxide and a support material comprising a second oxide other than the first oxide and having a density less than the density of the particles;
Rearranging the particles to an upper portion of the precursor solution according to a density difference corresponding to the difference between the density of the particles and the density of the support material; And
Generating the support material from the precursor solution to form a thin film,
Wherein the surface roughness of the thin film increases in proportion to the density difference and the size of the particles.
상기 입자들을 재배열하는 단계는 상기 기판을 80 내지 150℃로 가열하는 단계를 포함하되,
상기 지지 물질을 생성하는 단계는 상기 기판을 200℃ 내지 500℃로 가열하는 단계를 포함하는 박막의 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step of rearranging the particles comprises heating the substrate to 80 to < RTI ID = 0.0 > 150 C, < / RTI &
Wherein the step of generating the support material comprises heating the substrate to 200 to 500 占 폚.
상기 전구체 용액은 상기 지지 물질의 전구체와 용매를 포함하는 박막의 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the precursor solution comprises a precursor of the support material and a solvent.
상기 박막의 표면 거칠기는 상기 전구체 용액 내의 상기 전구체의 농도에 비례하여 증가되는 박막의 제조방법.14. The method of claim 13,
Wherein the surface roughness of the thin film is increased in proportion to the concentration of the precursor in the precursor solution.
상기 전구체 용액과 상기 입자들은 혼합된 후 상기 기판 상에 코팅되는 박막의 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the precursor solution and the particles are mixed and then coated on the substrate.
상기 입자들은 분산액에 용해된 후 상기 전구체 용액에 혼합되는 박막의 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein the particles are dissolved in a dispersion and then mixed with the precursor solution.
상기 입자들이 혼합된 상기 전구체 용액은 졸겔 방법, 스크린 프린팅 법, 스프레이법, 담금법, 잉크젯 프린팅 법 중 적어도 하나에 의해 상기 기판 상에 코팅되는 박막의 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the precursor solution in which the particles are mixed is coated on the substrate by at least one of a sol-gel method, a screen printing method, a spray method, a dipping method, and an inkjet printing method.
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