KR101891220B1 - 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

전기 습윤 소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 전기 습윤 소자는 단일 액적의 뭉침을 효과적으로 유도하여, 적용 물품의 표면 정화 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

전기 습윤 소자 및 이의 제조방법 {Electro-wetting device and the fabricating method thereof}
본 발명은 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로, 유전체의 양면에 존재하는 전극을 매개로 전기를 인가하여, 소자 표면에 존재하는 액적을 효과적으로 제거할 수 있는 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
유리면이나 경면 상의 물방울 등의 액적을 방지하는 종래의 방법으로는, 이 면에 초음파를 인가해 털거나 불소나 실리콘 등의 발수제를 코팅해 물과 접촉각을 증가시킴으로써, 물이 부착되기 어렵게 하는 등의 방법이 이용되었다.
그러나, 상기 방법들은 기구가 복잡하고 비용이 많이 들거나, 발수제의 코팅은 그 효과가 충분하지 않고 또한 저속 주행 시는 물방울이 떨어지지 않는 등의 문제점이 존재한다.
최근 이들의 기법에 대하여, 물 접촉각을 150도 이상으로 하는 초발수 표면의 기술에 대한 개발이 이루어지고 있지만, 이 기술 또한, 특수한 표면의 구조 때문에, 막의 강도가 약하고, 자동차 앞 유리 등의 용도에서는 마찰이나 마모에 견딜 수 없는 등의 문제가 여전히 존재한다.
따라서, 효과적으로 유리면이나 경면 상의 물방울 등의 액적을 효과적으로 제거할 수 있는 기술의 개발 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 카메라나 센서 등의 표면 정화 장치로 이용될 수 있는 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 유리면이나 경면 상에 존재하는 물방울의 뭉침을 효과적으로 유도하여, 액적을 용이하게 제거할 수 있는 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
상기 전기 습윤 소자는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 제 1 면에 형성되어 있는 제 1 전극; 상기 유전체 기판의 제 1 면의 반대 면인 제 2 면에 형성되어 있는 제 2 전극; 및 상기 제 2 전극의 상부에 형성되어 있는 소수성층을 포함하는 전기 습윤 소자에 있어서, 상기 제 2 전극은 소정의 제 1 폭(W1)을 가지고, 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있는 복수의 제 1 서브 전극을 포함하고, 상기 제 1 서브 전극은 소정의 이격 거리(S)를 가지고 서로 이격되어 배치되어 있으며, 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭(W1)은 하기 식 1을 따르고, 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격 거리(S)는 하기 식 2를 따른다.
[식 1]
W1<2R*
[식 2]
S<4R*
상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
[식 3]
Figure 112016124862015-pat00001
상기 식 3에서,
Figure 112016124862015-pat00002
은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
Figure 112016124862015-pat00003
은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
Figure 112016124862015-pat00004
은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
Figure 112016124862015-pat00005
는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
Figure 112016124862015-pat00006
은 액적의 밀도이고,
Figure 112016124862015-pat00007
는 중력 가속도이다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가지는 제 1 서브 전극을 적어도 하나 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 전극의 제 1 서브 전극의 신장 방향과 중력 방향이 이루는 각도의 절대값이 30도 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 전극의 제 1 서브 전극의 신장 방향은 중력 방향과 수평한 방향일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 유전체 기판은 유연 소재일 수 있다.
하나의 예시에서, 유전체 기판은 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에티렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트 및 환형 올레핀 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 전극은 복수의 나노 와이어가 응집되어 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 서브 전극의 신장 방향과 수직한 방향으로 배치되어 있고, 상기 제 1 서브 전극과 연결되어 있는 제 2 서브 전극을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 제 1 전극에 형성되어 있는 유전체 기판의 상기 제 1 전극이 존재하는 면의 반대 면에 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되고, 하기 식 1 및 2를 만족하도록 복수의 제 1 서브 전극 형성하여 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 전극 상에 소수성 층을 형성하는 단계를 포함하는 전기 습윤 소자의 제조방법에 대한 것이다.
[식 1]
W1<2R*
[식 2]
S<4R*
상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
[식 3]
Figure 112016124862015-pat00008
상기 식 3에서,
Figure 112016124862015-pat00009
은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
Figure 112016124862015-pat00010
은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
Figure 112016124862015-pat00011
은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
Figure 112016124862015-pat00012
는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
Figure 112016124862015-pat00013
은 액적의 밀도이고,
Figure 112016124862015-pat00014
는 중력 가속도이다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 전극을 형성하는 단계는 제 1 서브 전극의 신장 방향과 수직한 방향으로 배치되어 있고, 상기 제 1 서브 전극과 연결되어 있는 제 2 서브 전극을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 카메라나 센서 등의 표면 정화 장치로 이용될 수 있는 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 습윤 소자는 유리면이나 경면 상에 존재하는 물방울의 뭉침을 효과적으로 유도하여, 액적을 용이하게 제거할 수 있는 이점이 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 따른 전기 습윤 소자에 대한 일 모식도이다.
도 2 및 도 3은, 본 발명에 따른 전기 습윤 소자의 제 2 전극의 제 1 및 제 2 폭(W1, W2)과 이격 거리(S)를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 전기 습윤 소자 내 제 1 서브 전극의 신장 방향 및 전기 습윤 소자의 기울임 각에 따른 액적 낙하 임계 반경을 설명하기 위한 일 모식도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 전기 습윤 소자의 제조방법에 대한 일 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여, 도면 및 예시를 들어 보다 구체적으로 설명한다.
또한, 단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 기재된 ““함유한다””, "구비한다", "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
본 발명은 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명은, 유전체 기판 상에 형성되는 전극 패턴을 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 위치시키고, 그 폭 및 간격을 조절하여, 전기장을 인가하였을 때, 표면에 액적이 용이하게 응집될 수 있도록 유도함으로써, 카메라 또는 센서 등의 표면을 정화할 수 있는 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 습윤 소자에 대한 일 모식도가 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기 습윤 소자는 유전체 기판(100); 상기 유전체 기판(100)의 제 1 면에 형성되어 있는 제 1 전극(200); 상기 기판의 제 1 면의 반대 면인 제 2 면에 형성되어 있는 제 2 전극(300); 및 상기 제 2 전극의 상부에 형성되어 있는 소수성층(400)을 포함한다.
또한, 상기 제 2 전극(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 제 1 폭(W1)을 가지고, 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있는 복수의 제 1 서브 전극(301)을 포함하고, 상기 제 1 서브 전극(301)은 소정의 이격 거리(S)를 가지고 서로 이격되어 배치되어 있다. 나아가, 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭(W1)은 하기 식 1을 따르고, 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격 거리(S)는 하기 식 2를 따른다.
[식 1]
W1<2R*
[식 2]
S<4R*
상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
[식 3]
Figure 112016124862015-pat00015
상기 식 3에서,
Figure 112016124862015-pat00016
은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
Figure 112016124862015-pat00017
은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
Figure 112016124862015-pat00018
은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
Figure 112016124862015-pat00019
는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
Figure 112016124862015-pat00020
은 액적의 밀도이고,
Figure 112016124862015-pat00021
는 중력 가속도이다.
본 발명의 전기 습윤 소자는 유전체의 양면에 전극을 포함하고, 상기 전극에 전기장을 인가하여, 액적의 응집을 도모하는 전기 습윤 이론을 이용하는 소자이다.
본 발명의 전기 습윤 소자에 포함되는 유전체 기판은, 예를 들면 전기장 안에서 극성을 지니는 절연 특성을 가지는 것으로써, 예를 들면 고분자 기판 일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 유전체 기판은 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에티렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트 및 환형 올레핀 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자를 포함하는 고분자 기판 일 수 있다.
또한, 상기 유전체 기판은, 적절한 유연성을 가지는 플렉서블 기판 일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 유전체 기판은 유연 소재 일 수 있다.
상기 유연 소재의 유전체 기판은, 예를 들면 0.05MPa 내지 5,000MPa 또는 0.5MPa 내지 2,500MPa 범위 내의 탄성계수를 가질 수 있다.
상기 유전체 기판은, 예를 들면 일반적인 용융 압출법 혹은 용액 유연법 등에 의해 제조될 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 방법에 의해 제조된 기판에 1 축 연신 또는 2 축 연신을 실시하여, 기계적 강도를 높이거나, 광학적 기능을 높이는 것도 가능할 수 있다.
상기 유전체 기판은, 예를 들면 투명 기판일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 유전체 기판은 550nm 파장의 광에 대한 투과율(%)이 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상 일 수 있다. 상기 투과율은 예를 들면, UV-Vis spectrophotometer(Varian, Cary 5000)과 같은 장비에 의해 측정될 수 있다.
상기 유전체 기판의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 유전체 기판의 두께가 지나치게 두꺼울 경우, 전기 습윤 소자의 투명성을 저해하는 요소가 될 수 있어 바람직하지 않으므로, 상기 범위 내에 있는 것이 좋다. 다른 예시에서, 상기 유전체 기판의 두께는 1㎛ 내지 40㎛ 또는 10㎛ 내지 35㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명의 전기 습윤 소자는 유전체 기판의 제 1 면에 제 1 전극을 포함한다. 상기 제 1 전극은 제 2 전극과 함께 전기장을 형성할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 전극은, 투명 전극 일 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극은 550nm 파장의 광에 대한 투과율(%)이 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상 일 수 있다.
상기 제 1 전극은, 예를 들면 ITO, ZnO, SnO2, TiO2, GZO(Ga-doped ZnO), 또는 AZO(Al-dopoed ZnO)와 같은 투명 전도성 산화물(Transprent conducting oxide, TCO); 은 패턴 또는 은 나노 와이어; 탄소 나노튜브; 그래핀; 또는 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 전기 습윤 소자는 상기 제 1 면의 반대 면에 제 2 전극을 포함한다. 상기 제 2 전극은 제 1 전극과 함께 전기장을 형성할 수 있는 물질로써, 예를 들면 제 1 전극과 같거나 다른 물질을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 제 2 전극은 ITO, ZnO, SnO2, TiO2, GZO(Ga-doped ZnO), 또는 AZO(Al-dopoed ZnO)와 같은 투명 전도성 산화물(Transprent conducting oxide, TCO); 은 패턴 또는 은 나노 와이어; 탄소 나노튜브; 그래핀; 또는 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다.
구체적인 예시에서, 상기 제 2 전극은 복수의 나노 와이어가 응집되어 형성된 것 일 수 있다.
제 2 전극, 또한 투명 전극 일 수 있다. 구체적으로, 제 2 전극은 550nm 파장의 광에 대한 투과율(%)이 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상 일 수 있다.
본 발명은 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 2 전극을 소정의 제 1 폭(W1) 및 이격 거리(S1)을 가지고, 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있는 복수의 제 1 서브 패턴을 포함하도록 함으로써, 소자 표면에 존재하는 액적의 응집을 효과적으로 유도할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 2 전극에 포함되는 제 1 서브 전극은 소정의 제 1 폭(W1)을 가지고, 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있고, 상기 제 1 폭(W1)은 하기 식 1을 따르고, 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격 거리(S)는 하기 식 2를 따른다.
[식 1]
W1<2R*
[식 2]
S<4R*
상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
[식 3]
Figure 112016124862015-pat00022
상기 식 3에서,
Figure 112016124862015-pat00023
은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
Figure 112016124862015-pat00024
은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
Figure 112016124862015-pat00025
은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
Figure 112016124862015-pat00026
는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
Figure 112016124862015-pat00027
은 액적의 밀도이고,
Figure 112016124862015-pat00028
는 중력 가속도이다.
상기 식 1 및 2를 만족하도록 제 2 전극의 제 1 서브 전극이 패턴화된 경우, 액적 방울이 효과적으로 뭉칠 수 있고, 뭉쳐진 액적 방울의 낙하를 용이하게 유도함으로써, 표면 정화 특성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 식 1은 제 2 전극에 포함되는 제 1 서브 전극의 폭(W1)이 액적 낙하 임계 직경(2R*)보다 작아야 한다는 것을 의미하는 것으로써, 액적의 단위 방울이 제 1 서브 전극 상에 고립되지 아니하고, 유전체 기판이나 제 1 전극에 영향을 받을 조건을 의미하는 것이다.
상기 식 2는, 제 2 전극에 포함되는 복수의 제 1 서브 전극 사이의 이격 거리(S)가 단위 액적 단위 방울 2개의 상호 응집 최소 거리(4R*)보다 작아야 한다는 것을 의미하는 것으로써, 미세 액적 방울이 독립적으로 소자 상에 존재하지 않도록 하고, 액적의 뭉침을 효과적으로 유도할 수 있게 하기 위한 조건을 의미할 수 있다.
또한, 상기 식 3은 액적의 낙하 임계 반경(R*)에 대한 정의를 표현한 것으로써, 상기 액적의 낙하 임계 반경(R*)은 액적의 종류, 전기 습윤 소자의 기울임각(
Figure 112016124862015-pat00029
) 및 소수성층 물성이 결정되는 경우, 그에 따른 접촉각, 밀도 및 표면 특성 계수가 결정됨에 따라 계산될 수 있는 수치이다.
상기 식 3에서, 액적의 전진 접촉각(
Figure 112016124862015-pat00030
, Advancing contant angle)은 도 4에 도시된 바와 같이 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액정 방울이 낙하하지 않는 상태에서 가질 수 있는 최대 접촉각을 의미하고, 액적의 후진 접촉각(
Figure 112016124862015-pat00031
, Receding contact angle)은 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액정 방울이 낙하하지 않는 상태에서 가질 수 있는 최소 접촉각을 의미한다. 상기 접촉각은, 액적의 종류 및 소수성층의 표면 특성이 설정되는 경우 종속적으로 결정될 수 있는 수치이다.
상기 식 3에서, 소수성층의 표면 특성 계수
Figure 112016124862015-pat00032
은, 소수성층의 종류에 따라 종속적으로 결정될 수 있는 파라미터로써, 예를 들면 [무게/시간2]의 단위를 가지는 것 일 수 있다.
상기 식 3에서, 전기 습윤 소자의 기울임각(
Figure 112016124862015-pat00033
)은 도 3에 도시된 바와 같이, 지면 혹은 중력 방향과 직교를 이루는 면과 전기 습윤 소자가 이루는 각도를 의미할 수 있다.
상기 식 3에 따라, 표면 특성 및 액적의 종류와 기울임 각에 따른 액적의 낙하 임계 반경(R*)이 결정되는 경우, 식 1 및 2에 따라 제 2 전극에 포함되는 제 1 서브 전극의 제 1 폭(W1)과 이격 거리(S)가 결정될 수 있다. 상기 식 1 내지 3에서, 접촉각이나, 기울임각은 「°」의 단위를 가질 수 있다. 한편, 상기 식 1 내지 3 에서, 각 수치의 단위는, 유기적으로 변경될 수 있으며, 당업자는 식 1 내지 3의 수식을 고려하여 해당 수치의 적정 단위를 선정할 수 있다.
상기 제 1 서브 전극은 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있다. 상기에서 「중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향」이란, 도 4에서 중력 방향(A)의 수평 성분의 방향(A1)과 수직 성분의 방향(A2) 중 수평 성분의 방향(A1)을 의미하는 것으로써, 본 발명에 따른 제 1 서브 전극은 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 중력의 영향에 따른 액적의 자유 낙하를 유도할 수 있다
상기 제 2 전극의 제 1 서브 전극의 신장 방향과 중력 방향이 이루는 각도의 절대값은, 예를 들면 30도 이하일 수 있다. 상기 각도의 범위 내에서 전기 습윤 소자의 기울임 각에 따른 액적의 자유 낙하를 효과적으로 유도할 수 있다. 다른 예시에서, 상기 제 2 전극의 제 1 서브 전극의 신장 방향과 중력 방향이 이루는 각도의 절대값은, 25도 이하, 20도 이하, 15도 이하, 또는 10 도 이하 일 수 있다.
상기 제 2 전극 내 제 1 서브 전극의 제 1 폭(W1)은 액적의 단위 방울이 제 1 서브 전극 상에 고립되지 않도록 하는 조건이므로, 상기 조건을 만족하는 범위 내에서, 제 2 전극은 상기 제 1 폭과 다른 폭을 가지는 서브 전극을 더 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명의 상기 제 2 전극은, 상기 제 1 폭(W1) 보다 작은 제 2 폭(W2)을 가지는 제 1 서브 전극을 적어도 하나 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(300) 내 제 1 서브 전극(301)은 제 1 폭(W1) 및 상기 제 1 폭(W1) 보다 작은 제 2 폭(W2)을 가질 수 있다. 한편, 상기 제 2폭(W2)을 가지는 제 1 서브 전극들 사이의 이격 거리는 상기 제 1 폭(W1)을 가지는 제 1 서브 전극 사이의 이격 거리보다 클 수 있다.
복수의 제 1 서브 전극 중 어느 한 서브 전극은, 상기 제 1 폭(W1) 및 제 2 폭(W2)을 동시에 가질 수도 있고, 또는 상기 제 1 폭(W1) 및 제 2 폭(W2) 중 어느 하나를 가질 수도 있다.
본 발명의 제 2 전극은 또한, 상기 제 1 서브 전극의 신장 방향과 수직한 방향으로 배치되어 있고, 상기 제 1 서브 전극과 연결되어 있는 제 2 서브 전극을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 서브 전극(302)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 서브 전극(301)과 수직하게 배치되어 있고, 제 1 서브 전극(301)과 연결되어 있을 수 있다. 상호 연결되어 있는 제 1 서브 전극과 제 2 서브 전극을 포함하는 제 2 전극과 제 1 전극에 전기장을 인가시키는 경우, 전기 습윤 특성에 의하여, 전기 습윤 소자 상에 존재하는 미세 액적이 응집되어 큰 액적 방울을 형성하게 되고, 상기 큰 액적 방울이 전기 습윤 소자의 경사면을 따라 흘러내림으로써, 표면 정화를 유도할 수 있다.
상기 제 1 전극 및 제 2 전극은, 예를 들면 증착, 스퍼터링, 화학 증착 또는 전기 방사 등 공지의 수단을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 제 1 전극 및 2 전극은 포토리소그래피 또는 마스크 등의 공정을 통하여 패턴화 될 수 있다.
본 발명의 전기 습윤 소자는, 또한 상기 제 2 전극의 상부에 소수성층을 포함한다. 상기 소수성층은, 예를 들면 물에 대한 접촉각이 90° 이상인 층을 의미할 수 있다.
또한, 상기 소수성층은, 한센 용해도 파라미터(HSP)가, 15 (cal/cm3)1/2 이하 또는 10 (cal/cm3)1/2 이하 소수성 물질을 포함하는 층 일 수 있다.
상기 소수성 물질은, 예를 들면 소수성 아크릴계 화합물 또는 소수성 올레핀계 화합물 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 소수성 아크릴계 화합물은, 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016124862015-pat00034
상기 화학식 1에서, Q는 수소 또는 알킬기이고; B는 탄소수 5 이상의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 또는 지환식 탄화수소기이다.
[화학식 2]
Figure 112016124862015-pat00035
상기 화학식 2에서, Q는 수소 또는 알킬기이고, U는 알케닐렌 또는 알키닐렌; 또는 아릴렌기이다.
[화학식 3]
Figure 112016124862015-pat00036
상기 화학식 3에서, Q는 수소 또는 알킬기이고, U는 알킬렌기이며, Y는 탄소 원자, 산소 원자, 또는 황 원자이며, X는 산소 원자, 황 원자 또는 알킬렌기이며, Ar은 아릴기이며, n은 임의의 수이다.
본 명세서에서, 용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상 기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환 되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 용어 「탄화수소기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소와 수소로 이루어진 화합물 또는 그러한 화합물의 유도체로부터 유도되는 1 또는 2가 잔기를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알케닐렌기 또는 알키닐렌기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또 는 탄소수 2 내지 4의 알케렌기 또는 알키닐렌기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐렌기 또는 알키닐렌기는 직쇄형, 분지 쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐렌기 또는 알키닐렌기 는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환 되어 있을 수 있다.
본 명세서에서, 용어「아릴렌기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 또는 2 개 이상의 벤젠이 축합 또는 결합된 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 2가 잔기를 의미할 수 있다. 아릴렌기는, 예를 들면, 벤젠, 나프탈렌 또는 플루오렌(fluorene) 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
본 명세서에서, 용어「아릴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 고 리 또는 2개 이상의 벤젠 고리가 축합 또는 결합된 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 아릴 기 의 범위에는 통상 적으로 아릴기로 호칭되는 관능기 는 물론 소 위 아르알킬기 (aralkyl group) 또는 아릴알킬기 등도 포함될 수 있다. 아릴기는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 25, 탄소수 6 내지 21, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기 일 수 있다.
본 명세서에서 상기 알킬기, 탄화수소기, 알케닐렌기, 알키닐렌기,아릴렌기, 또는 아릴기에 임의적으로 치환 되어 있을 수 있는 치환기로는, 염소 또는 불소 등의 할로겐, 글리시딜기, 에폭시 알킬기, 글리시독시 알킬기 또는 지환식 에폭시기 등의 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 티올기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 화학식 1에서 B는 탄소수 5 이상, 탄소수 7 이상 또는 탄소수 9 이상 의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 일 수 있다. 이와 같이, 상대적으로 장쇄의 알킬기를 포함하는 화합물은 상대적으로 소수성의 화합물로 알려져 있다. 상기 직쇄 또는 분지쇄 알킬기의 탄소수의 상한은 특별히 제한 되지 않으며, 예를 들면, 상기 알킬기는, 탄소수 20 이하의 알킬기 일 수 있다.
화학식 1에서 B 는 다른 예시에서 지환식 탄화수소기, 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 6 내지 12 의 지환식 탄화수소기 일 수 있고, 그러한 탄화수소기의 예로는 사이클로 헥실기 또는 이소보르닐기 등이 예시될 수 있다. 이와 같이 지환식 탄화수소기를 가지는 화합물은, 상대적으로 소수성의 화합물로 알려져 있다.
화학식 3 에서 n은 임의의 수이며, 예를 들면, 각각 독립적으로 1 내지 20, 1 내지 16 또는 1 내지 12 의 범위 내의 수 일 수 있다.
본 발명의 소수성층은 전술한 소수성 아크릴계 화합물 및 소수성 올레핀계 화합물 중 적정한 종류의 것과, 개시제 및 용매를 포함하는 혼합물을 유전체 기판 상에 코팅한 후 경화시킴으로써 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전기 습윤 소자는, 예를 들명 투명 소자 일 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 전기 습윤 소자는 550nm 파장에서 측정한 광 투과율(%) 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상 또는 80% 이상 일 수 있다. 상기 광 투과율(%)은, 유전체 필름의 두께나 종류, 전극의 두께나, 형성방법 및 종류에 따라 달라질 수 있다.
본 발명은 또한, 전기 습윤 소자의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 전기 습윤 소자의 제조방법에 따르면, 액적의 응집을 효과적으로 유도할 수 있고, 카메라나 센서 등의 표면 정화 장치로 이용될 수 있는 전기 습윤 소자가 제조된다.
상기 전기 습윤 소자의 제조방법은, 제 1 전극에 형성되어 있는 유전체 기판의 상기 제 1 전극이 존재하는 면의 반대 면에 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되고, 하기 식 1 및 2를 만족하도록 복수의 제 1 서브 전극 형성하여 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 전극 상에 소수성 층을 형성하는 단계를 포함한다.
[식 1]
W1<2R*
[식 2]
S<4R*
상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
[식 3]
Figure 112016124862015-pat00037
상기 식 3에서,
Figure 112016124862015-pat00038
은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
Figure 112016124862015-pat00039
은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
Figure 112016124862015-pat00040
은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
Figure 112016124862015-pat00041
는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
Figure 112016124862015-pat00042
은 액적의 밀도이고,
Figure 112016124862015-pat00043
는 중력 가속도이다.
본 발명에 따른 전기 습윤 소자의 제조방법은, 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되고, 상기 식 1 및 2를 만족하도록 복수의 제 1 서브 전극 형성하여 유전체 기판 상에 제 2 전극을 형성함으로써, 액적 방울이 효과적으로 뭉칠 수 있고, 뭉쳐진 액적 방울의 낙하를 용이하게 유도함으로써, 표면 정화 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상기 제 2 전극을 형성하는 방법은, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 서브 전극을 형성하기 위한 패턴이 구비된 마스크를 이용하여 은 나노 와이어를 전기 방사함으로써, 제 1 전극이 형성된 유전체 기판의 상기 제 1 전극이 형성된 면의 반대 면에 제 1 서브 전극을 형성하는 공정을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 유전체 기판 상에 제 2 전극을 형성할 수 있는 공지의 다양한 방법이 제한 없이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 제 2 전극을 형성하는 단계는 제 1 서브 전극의 신장 방향과 수직한 방향으로 배치되어 있는 제 2 서브 전극을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 서브 전극을 형성하는 공정은, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 서브 전극의 신장 방향(D1) 및 그의 수직한 방향(D2)으로 패턴이 구비되어 있는 마스크를 이용하여 은 나노 와이어를 전기 방사함으로써, 유전체의 기판 상에 상기 제 1 서브 전극 및 제 2 서브 전극을 동시에 형성하는 방식이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 제 2 서브 전극은 제 1 서브 전극이 형성된 이후에 형성될 수도 있다.
본 발명의 전기 습윤 소자의 제조방법은, 또한 상기 제 2 전극 상에 소수성 층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 소수성층을 형성하는 단계는, 예를 들면 소수성층 형성 물질 및 용매를 포함하는 용액을 상기 제 1 및 제 2 전극이 형성되어 있는 유전체 기판의 상기 제 2 전극이 형성된 면에 코팅시킴으로써, 형성될 수 있다.
보다 구체적인 예시에서, 상기 소수성층을 형성하는 단계는, 전술한 소수성아크릴계 화합물 또는 소수성 올레핀계 화합물; 열 또는 광 개시제; 및 용매를 포함하는 용액을 유전체 기판 상에 코팅한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 전기 습윤 소자는, 예를 들면 자동차 미러, 레이더, 카메라 또는 센서 등에 적용되어, 액적을 효과적으로 제어함으로써, 표면 정화 특성을 향상시키는데 이용될 수 있다.
100 : 유전체 기판
200 : 제 1 전극
300 : 제 2 전극
301 : 제 1 서브 전극
302 : 제 2 서브 전극
400 : 소수성층
A : 중력 방향
A1 : 중력 방향의 수평 성분
A2 ; 중력 방향의 수직 성분
Figure 112016124862015-pat00044
: 전기 습윤 소자의 기울임각(°)
Figure 112016124862015-pat00045
: 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)
Figure 112016124862015-pat00046
: 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)
W1 : 제 1 폭
W2 : 제 2 폭
S : 이격 거리
D1 : 제 1 서브 전극의 신장 방향
D2 : 제 1 서브 전극의 신장 방향의 수직 방향

Claims (10)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 제 1 면에 형성되어 있는 제 1 전극;
    상기 유전체 기판의 상기 제 1 면의 반대 면인 제 2 면에 형성되어 있는 제 2 전극; 및
    상기 제 2 전극의 상부에 형성되어 있는 소수성층을 포함하는 전기 습윤 소자에 있어서,
    상기 제 2 전극은 소정의 제 1 폭(W1) 및 상기 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가지며 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있는 복수의 제 1 서브 전극을 포함하고,
    상기 제 1 서브 전극은 상기 제 2 폭(W2) 사이에 소정의 이격 거리(S)를 가지고 서로 이격되어 배치되어 있으며,
    상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭(W1)은 하기 식 1을 따르고, 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격 거리(S)는 하기 식 2를 따르는 전기 습윤 소자:
    [식 1]
    W1<2R*
    [식 2]
    S<4R*
    상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
    [식 3]
    Figure 112018042096824-pat00047

    상기 식 3에서,
    Figure 112018042096824-pat00048
    은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
    Figure 112018042096824-pat00049
    은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
    Figure 112018042096824-pat00050
    은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
    Figure 112018042096824-pat00051
    는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
    Figure 112018042096824-pat00052
    은 액적의 밀도이고,
    Figure 112018042096824-pat00053
    는 중력 가속도이다.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 제 1 서브 전극의 신장 방향과 중력 방향이 이루는 각도의 절대값이 30도 이하인 전기 습윤 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 제 1 서브 전극의 신장 방향은 중력 방향과 수평한 방향인 전기 습윤 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 유연 소재인 전기 습윤 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    유전체 기판은 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에티렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아릴레이트 및 환형 올레핀 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자를 포함하는 전기 습윤 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 복수의 나노 와이어가 응집되어 형성된 전기 습윤 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 서브 전극의 신장 방향과 수직한 방향으로 배치되어 있고, 상기 제 1 서브 전극과 연결되어 있는 제 2 서브 전극을 포함하는 전기 습윤 소자.
  9. 제 1 전극에 형성되어 있는 유전체 기판의 상기 제 1 전극이 존재하는 면의 반대 면에 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되는 제 2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 전극 상에 소수성 층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 전극은 소정의 제 1 폭(W1) 및 상기 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가지며 중력 방향의 수평한 방향 성분의 방향으로 신장되어 있는 복수의 제 1 서브 전극을 포함하고,
    상기 제 1 서브 전극은 상기 제 2 폭(W2) 사이에 소정의 이격 거리(S)를 가지고 서로 이격되어 배치되어 있는,
    전기 습윤 소자의 제조방법:
    [식 1]
    W1<2R*
    [식 2]
    S<4R*
    상기 식 1 및 2에서, W1은 상기 제 1 서브 전극의 제 1 폭을 의미하고, S는 상기 제 1 서브 전극 사이의 이격거리를 의미하며, R*는 하기 식 3에 의해 계산되는 상기 전기 습윤 소자 상에 존재하는 액적의 낙하 임계 반경을 의미한다;
    [식 3]
    Figure 112018042096824-pat00054

    상기 식 3에서,
    Figure 112018042096824-pat00055
    은 소수성 층의 표면 특성 계수고,
    Figure 112018042096824-pat00056
    은 액적의 후진 접촉각(Receding contact angle)이며,
    Figure 112018042096824-pat00057
    은 액적의 전진 접촉각(Advancing contant angle)이고,
    Figure 112018042096824-pat00058
    는 전기 습윤 소자의 기울임각이며,
    Figure 112018042096824-pat00059
    은 액적의 밀도이고,
    Figure 112018042096824-pat00060
    는 중력 가속도이다.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 전극을 형성하는 단계는 상기 제 1 서브 전극의 신장 방향과 수직한 방향으로 배치되어 있고, 상기 제 1 서브 전극과 연결되어 있는 제 2 서브 전극을 형성하는 공정을 더 포함하는 전기 습윤 소자의 제조방법.
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