KR102172734B1 - Ａｇ 나노 잉크를 통한 나노패턴 투명기판 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 반사방지 투명기판 제조에서, 투명기판에 직접 최대한 얇은 두께로 반사방지용 패턴을 형성하여 투과도의 손실을 최소화하고자 하며, 동시에 상용화를 고려하여 우수한 대면적 균일도와 함께 공정 안정성을 이룰 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 금속박막 증착, 열처리, 전면식각을 이용하여 투명 기판 상에 광파장 이하의 주기를 갖는 끝이 돌기형인 반사방지 나노패턴을 형성함으로써, 공기와 기판 물질간의 굴절률차로 인해 발생하는 빛의 반사량을 최소화할 수 있도록 한 반사방지 나노구조의 제조방법을 제공한다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 금속박막 증착, 열처리, 전면식각을 이용하여 투명 기판 상에 광파장 이하의 주기를 갖는 끝이 돌기형인 반사방지 나노패턴을 형성함으로써, 공기와 기판 물질간의 굴절률차로 인해 발생하는 빛의 반사량을 최소화할 수 있도록 한 반사방지 나노구조의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 반사방지 투명기판과 관련되며, 좀 더 상세하게는, 디스플레이 화면을 이루는 투명기판의 반사방지 강화 기술에 관한 것으로, 투명기판 상에 반사방지용 나노구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 사용이 증대되고 있는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자 기기의 등장으로 인하여, 강화유리, 폴리머 등으로 이루어지는 휴대용 전자 기기의 화면을 보호하기 위한 화면 보호용 기판의 광학적 특성이 향상되어야 할 필요가 있다. 나아가, 화면 보호용 기판이 아니라, 직접 휴대용 전자 기기의 화면을 대체할 수 있는 기판의 필요성 역시 점차 증대되고 있는 실정이다. 현재 휴대용 전자 기기의 화면에 사용되기 위한 유연소자 구현을 위한 기술적 요구는 LCD 및 LED로 대변되는 디스플레이와 박막 및 유기 태양전지에서 광범위하게 대두되고 있다. 고투과율 통한 광투과성의 향상, 명암의 향상, 고스트 이미지의 제거 등은 투명 기판의 상용화를 위한 핵심 요소 기술로 알려져 있다. 폴리머 고유의 물질 특성으로는 완전히 구현될 수 없는 이러한 요소 기술들은 폴리머 기판 표면상의 화학 및 구조적 변형과 이종의 코팅물질의 추가 등을 통해 시도되어 왔다. 표면 강도 향상을 위해서는 기판소재인 polycarbonate 소재의 표면경화가 필요하나 열처리시 필름 구조의 손상으로 인하여 적용이 불가능하다. 이러한 폴리머 기판의 문제점을 해결하기 위하여 투명기판을 비롯한 투명기판에 직접 패터닝하는 연구가 활성화 되고 있다.
공개특허 10-2017-0090895호의 경우, 터치패널 기판으로서 유연성 투명 필름 위에 도전성 금속 나노구조를 형성한 다음, 시인성 향상을 위해 반사방지용 유무기 입자를 도포하는 방법을 제안한다. 여러층을 형성하는 상기 공보의 제조방법은 설비와 공정에 들어가는 비용과 두꺼워지는 층상 구조로 인해 높은 광 투과율을 요하는 경우에는 바람직하지 못하다.
본 발명의 목적은 반사방지 투명기판 제조에서, 투명기판에 직접 최대한 얇은 두께로 반사방지용 패턴을 형성하여 투과도의 손실을 최소화하고자 하며, 동시에 상용화를 고려하여 우수한 대면적 균일도와 함께 공정 안정성을 이룰 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 금속박막 형성, 열처리, 전면식각을 이용하여 투명 기판 상에 광파장 이하의 주기를 갖는 끝이 돌기형인 반사방지 나노패턴을 형성함으로써, 공기와 기판 물질간의 굴절률차로 인해 발생하는 빛의 반사량을 최소화할 수 있도록 한 반사방지 나노구조의 제조방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 Ag Nano Ink(금속 박막)를 통한 나노패턴을 형성할 수 있는 새로운 박막 형성 공정의 도입을 통해 투명 기판에 직접 최대한 얇은 두께로 형성하여 투과도의 손실을 최소화할 필요가 있으며, 동시에 상용화를 고려하여 우수한 대면적 균일도와 함께 공정 안정성을 이룰 필요가 있다.
또한, 다양한 기판 위에 직접 패터닝하여 제조하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 투명 기판 상에 Ag Nano Ink(금속 박막)를 코팅하는 단계, 코팅된 Ag Nano Ink(금속 박막)를 열처리 단계, 반사방지 나노구조 형성을 위한 투명 기판 전면 식각 단계, 그리고 마지막으로 잔류된 Ag Nano Ink(금속 박막)를 제거하는 단계를 포함하여, 비교적 간단한 제조공정으로 반사방지 나노구조 투명기판을 제조하는 방법을 제공 한다.
즉, 본 발명은,
반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법에 있어서,
투명 기판 위에 Ag 나노잉크를 코팅하는 단계;
코팅된 Ag 나노잉크를 열처리하는 단계;
반사방지 나노구조가 형성되도록 투명 기판 전면을 식각하는 단계; 및
잔류된 Ag 나노잉크를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 투명 기판 위해 Ag 나노잉크를 코팅 하는 단계는,
석영(Qaurtz) 기판에 스핀코팅으로 Ag 나노잉크를 10~20nm 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법을 제공한다.
상기에 있어서, 상기 코팅된 Ag 나노잉크의 열처리 단계는, 400~700℃ 범위에서 5~10분 이내로 열처리된 후, Ag 나노잉크 입자들이 300~500nm 이하의 간격으로 배열되게 한 것을 특징으로 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법을 제공한다.
상기에 있어서, 반사방지 나노구조가 형성되도록 투명 기판 전면의 식각단계는, 나노 반사방지 구조가 형성되도록 플라즈마 건식 식각법을 이용하며, 건식 식각 조건은,
10/10sccm 내지 70/10sccm의 SF6/O2 공급 속도, 100 내지 200W의 ICP 전력, 70 내지 130Wdml RF 전력, 및 15~17 mtorr의 운전 압력으로 7~10분 이하로 식각 하는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법을 제공한다.
상기에 있어서, 잔류된 Ag 나노잉크를 제거하는 단계는, 플라즈마 세정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 방법으로 제조되어 투과율이 98% 수준으로 향상된 반사방지 나노패턴 투명기판을 제공한다.
본 발명의 반사방지 기판제조장법에 따르면, 투명 기판 상에 광파장 이하의 주기를 갖는 끝이 돌기형인 반사방지 나노패턴을 형성함으로써, 공기와 기판 물질간의 굴절률차로 인해 발생하는 빛의 반사량을 최소화한 반사방지 투명기판을 제조할 수 있으며, 투명기판에 직접 얇은 두께로 반사방지용 패턴을 형성하기 때문에 별도의 필름을 적용하는 것보다 투과도의 손실을 최소화할 수 있고, 대면적 균일도를 유지할 수 있으며, 제조 공정의 안정성을 지녀 상용화에 유리하다.
도 1은 Ag Nano Ink를 통한 나노패턴 투명기판 제조 모식도.
도 2는 투명기판에 제작된 나노 반사방지 구조체 SEM사진.
도 3은 제작된 나노 반사방지 투명 기판 투과율 평가 결과.
도 2는 투명기판에 제작된 나노 반사방지 구조체 SEM사진.
도 3은 제작된 나노 반사방지 투명 기판 투과율 평가 결과.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 디스플레이 화면을 구성하는 투명기판에 대해 직접적으로 반사방지용 나노패턴을 형성하는 과정을 보여준다.
투명기판은 유리 또는 유연성 있는 투명 폴리머 기판 또는 석영기판일 수 있지만 바람직하게는 석영 기판을 사용한다. 투명기판 위에 나노패턴을 직접 형성하여 반사를 방지하고 투과율을 높이는 것이다.
나노패턴을 형성하는 방법은 Ag 나노잉크를 코팅 한 다음 열처리로 패턴을 형성하는 것이다.
즉, 투명 기판 위에 Ag 나노잉크를 코팅하고, 코팅된 Ag 나노잉크를 열처리하여 코팅된 Ag 나노 잉크층에서 열에 의한 용매의 증발을 일으켜 Ag 나노잉크 입자들이 무작위적으로 그러나 전체적으로는 균일한 패턴을 형성한다. 크기가 일정하지 않고 간격도 다양하게 배열된 둥근 점들로 이루어진 패턴을 형성한다. 따라서 이와 같이 형성된 패턴을 마스크로 이용하면 기판 자체를 패터닝할 수 있다.
상기에서 Ag 나노잉크는 10~20nm 두께로 도포하며, 스핀 코팅을 비롯하여 블레이드 코팅, 딥 코팅 등을 실시할 수 있다.
Ag 나노잉크가 코팅된 기판의 열처리는, 400~700℃ 범위에서 5~10분 이내로 실시한다. 고온에서 비교적 단시간 내에 열처리가 완료될 수 있으며, 석영기판은 상기 온도에서 매우 안정적이며, 유리기판을 사용할 경우 석영기판에 비해 약간 낮은 온도, 즉, 유리의 융점을 넘지 않는 온도에서 열처리를 실시할 수 있다.
상기 열처리는 Ag 나노잉크 입자로 하여금 300~500nm 이하의 간격으로 무작위하면서도 전체적으로 균일하게 배열되게 한다.
형성된 패턴을 마스크로 삼아 식각 공정을 실시하면, Ag 잉크가 마스킹 되지 않은 부분의 기판 면이 식각되어 나노구조체가 형성된다. 이후, 잔류하는 Ag 나노잉크를 제거하면 기판 면에 끝이 돌기형인 반사방지 나노패턴이 형성된다. 형성된 나노패턴은 도 2의 SEM 사진에 나와있다.
식각 공정은 플라즈마 건식 식각법을 이용하며, 건식 식각 조건은, 다음과 같다.
즉, SF6/O2를 공급속도 10/10sccm 내지 70/10sccm로 공급하고, 100 내지 200W의 ICP 전력과, 70 내지 130W의 RF 전력을 인가하며, 식각공정을 실시하는 챔버 내 압력은 15~17 mtorr로 유지하며, 7~10분 이하로 식각한다. 상기 식각 공정의 조건은 반사방지에 효과적인 깊이와 형상의 나노구조체를 신속하게 완료하여 준다.
식각 공정 이후, 잔류된 Ag 나노잉크의 제거는, 플라즈마 세정 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 동일 챔버 내에서 연이어 실시할 수 있어 설비와 노력을 절감한다.
상기에서 Ag 나노잉크 입자 자체의 직경도 상기 간격과 비슷하여 300~1,000nm 정도로 형성되어 식각된 기판의 나노구조체의 크기도 그와 같이 된다.
이러한 나노패턴은 광파장 이하의 주기를 갖도록 형성되어 공기와 기판 물질간의 굴절률차로 인해 발생하는 빛의 반사량을 최소화할 수 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 나노패턴을 양면에 지닌 석영기판의 투과율이 최대 98.12%임을 보여준다.
또한, 투명기판에 직접 얇은 두께로 반사방지용 패턴을 형성하기 때문에 별도의 필름을 적용하는 것보다 투과도의 손실을 최소화할 수 있고, 대면적 균일도를 유지할 수 있으며, 제조 공정의 안정성을 지녀 상용화에 유리하다.
또한, 본 발명은 비교적 공정이 간단하며, 설비도 복잡하지 않고, 열처리 공정 역시 전체 기판 면에 형성되는 패턴 자체가 무작위하면서도 균일도를 나타낼 수 있어 열처리 장비를 구성하는 데 무리가 없다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (6)
- 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법에 있어서,
유리 또는 석영의 투명 기판 위에 Ag 나노잉크를 10~20nm 두께로 도포하는 단계;
코팅된 Ag 나노잉크를 유리 투명기판의 경우, 유리의 융점을 넘지 않는 온도에서, 석영 투명 기판의 경우 400~700℃ 범위에서 열처리하여 반사방지 나노구조를 형성하기 위한 패턴이 형성되는 단계;
열처리에서 형성된 패턴을 마스크로 이용하여 투명 기판 전면을 식각하는 단계; 및
잔류된 Ag 나노잉크를 제거하는 단계;를 포함하며,
투명 기판 전면의 식각단계는, 반사방지 나노구조가 형성되도록 플라즈마 건식 식각법을 이용하며, Ag 나노잉크가 마스킹 되지 않은 부분의 기판 면을 식각하여 나노구조체를 형성하고,
잔류된 Ag 나노잉크를 제거하는 단계는, 플라즈마 건식 식각에 연이은 플라즈마 세정 공정을 포함하며, 잔류된 Ag 나노잉크 제거로 돌기형 나노구조체가 형성되는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조방법. - 제1항에 있어서, 투명 기판 위에 Ag 나노잉크를 코팅 하는 단계는,
스핀코팅으로 Ag 나노잉크를 도포하는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 코팅된 Ag 나노잉크의 열처리 단계는, 5~10분 이내로 열처리된 후, Ag 나노잉크 입자들이 300~500nm 이하의 간격으로 배열되게 한 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 건식 식각 조건은,
10/10sccm 내지 70/10sccm의 SF6/O2 공급 속도, 100 내지 200W의 ICP 전력, 70 내지 130W의 RF 전력, 및 15~17 mtorr의 운전 압력으로 7~10분 이하로 식각 하는 것을 특징으로 하는 반사방지 나노패턴 투명 기판 제조 방법.
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| KR1020180156941A KR102172734B1 (ko) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | Ａｇ 나노 잉크를 통한 나노패턴 투명기판 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180156941A KR102172734B1 (ko) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | Ａｇ 나노 잉크를 통한 나노패턴 투명기판 제조 방법 |
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| KR20120060185A (ko) * | 2012-05-14 | 2012-06-11 | 주식회사 와이텔포토닉스 | 무반사 나노구조가 집적된 기판을 이용한 고효율 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20170044907A (ko) * | 2015-10-16 | 2017-04-26 | (주)뉴옵틱스 | 나노패턴 원통 금형의 건식 세정 방법 |
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