KR102417456B1 - 자정식 얼룩 방지 구조체 및 관련 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

얼룩 방지 구조체(100)를 위한 장치 및 관련 제조 방법들이 제공된다. 예시적인 얼룩 방지 구조체(100)는 투명 기판(102)과의 접촉을 저감하도록 구성된 매크로구조 표면(106)을 갖는 투명 기판(102) 및 상기 매크로구조 표면(106)을 덮는 산화 층(120)을 포함한다.

Description

자정식 얼룩 방지 구조체 및 관련 제조 방법{SELF-CLEANING SMUDGE-RESISTANT STRUCTURE AND RELATED FABRICATION METHODS}
여기에 설명된 청구 대상은 일반적으로 전자 디스플레이 시스템들에 관한 것으로서, 더 구체적으로 청구 대상의 실시예들은 전자 디스플레이 시스템들에서 터치 감지 디바이스들과 함께 이용하기 위한 투명 구조체들에 관한 것이다.
전통적으로, 전자 디스플레이들은 사용자로 하여금 다양한 시스템 특성들을 제어 또는 조절할 수 있도록 하기 위해, 손잡이(knob), 버튼(button), 또는 슬라이더(slider)들과 같은 기계적 제어부들을 통해 사용자와 인터페이싱된다. 터치스크린 기술은 기계적 제어 기능성을 디스플레이에 통합 또는 내장함으로써 다수의 시스템 설계자들로 하여금 전자 디스플레이 시스템을 위한 공간 요건들을 감소시킬 수 있게 한다. 따라서, 사용자로 하여금 터치스크린 인터페이스를 통해 시스템 특성들을 조절하게 하기 위해 전통적인 기계 제어부들의 전자적 균등물들이 개발되고 있다.
터치스크린 인터페이스의 반복적인 사용은 결과적으로 터치스크린 디스플레이의 표면 상에 지문, 얼룩, 흠집, 및/또는 그 밖의 자국들을 초래할 수 있다. 이들 자국은 디스플레이의 선명함을 저하시키고, 이에 따라 디스플레이 상에 디스플레이되는 내용을 판독하거나 이해하는데 어려움을 증가시킨다. 예를 들어, 지문들 및/또는 얼룩들은 표면 반사성을 증가시키거나, 디스플레이가 흐릿하거나 희미하거나, 색이 바래 보이게 하거나, 사용자에 의해 인지되는 영상 품질을 원치 않게 손상시킬 수 있다. 이들 문제는 예를 들어, 비행 중인 비행기의 조종석에서와 같이 높은 주변 광 조건들에서 악화된다. 따라서, 디스플레이 영상 품질을 저하시키지 않으면서 지문, 얼룩, 흠집, 및/또는 다른 자국들에 대한 저항성이 있는 디스플레이 표면을 제공하는 것이 바람직하다.
일 예시적인 실시예에서, 얼룩 방지 구조체를 위한 장치가 제공된다. 얼룩 방지 구조체는 얼룩 방지 구조체와의 접촉을 저감하도록 구성된 매크로구조 표면(macrostructured surface)을 갖는 투명 기판, 및 매크로구조 표면을 덮는 산화 층(oxidizing layer)을 포함한다.
다른 실시예에서, 얼룩 방지 구조체는 투명 기판을 포함한다. 투명 기판은 무기 물질의 매크로구조 표면을 포함하는데, 여기서 매크로구조 표면은 결과적으로 얼룩 방지 구조체와의 접촉으로부터 유발된 연속적인 오염 영역의 형성을 억제하도록 구성된다. 얼룩 방지 구조체는 또한 매크로구조 표면을 덮는 산화 층을 포함한다. 산화 층은 오염의 적어도 일부를 산화시키기 위해 전자기 스펙트럼의 가시 광선 영역의 광의 적어도 일부에 반응하는 광촉매 산화물 물질(photocatalytic oxidation material)을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 얼룩 방지 구조체를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 투명 기판과의 접촉을 저감하도록 구성된 매크로구조 표면을 투명 기판에 형성하는 단계, 및 매크로구조 표면을 덮는 산화 층을 형성하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 산화 층은 얼룩 방지 구조체와의 접촉으로부터 유발된 얼룩 방지 구조체 상의 임의의 오염의 적어도 일부를 산화시킨다.
이하, 청구 대상의 실시예들은 반드시 비율대로 그려지지 않은 다음의 도면들과 함께 설명되는데, 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 1 내지 도 3은 하나 이상의 예시적인 실시예에 따른 얼룩 방지 구조체 및 얼룩 방지 구조체를 제조하기 위한 예시적인 방법들을 예시한 단면도들이다.
도 4는 하나 이상의 예시적인 실시예에 따른, 도 1 내지 도 3의 상황에서 설명된 제조 프로세스에 따라 형성된 얼룩 방지 구조체를 포함하는 디스플레이 시스템의 예시적인 실시예를 예시한 단면도이다.
여기에 설명된 청구 대상의 실시예들은 디스플레이 디바이스들, 터치스크린들, 터치 패널들, 또는 그 밖의 디바이스들과 함께 사용하기에 적합한 얼룩 방지 구조체에 관한 것으로서, 상기 구조체는 지문, 얼룩, 및/또는 그 밖의 표면 자국들을 막는 바람직한 보호 수단이다. 여기에 설명된 예시적인 실시예들에서, 얼룩 방지 구조체는 얼룩 방지 구조체의 노출 표면에 대한 물리적 접촉량을 저감하도록 구성된 매크로구조 표면을 갖는 투명 기판을 포함함으로써, 얼룩 방지 구조체의 노출 표면에 대한 연속적인 지문 또는 다른 오염의 영역의 형성을 해소, 재분산, 또는 다른 식으로 억제한다. 예를 들어, 매크로구조 표면은 그 표면에 접촉할 수 있는 손가락의 양(또는 퍼센트)을 저감함으로써 그 표면에 가해질 수 있는 지문 흔적의 양(또는 퍼센트)을 저감시키도록 구성된 물결 형상(undulation) 또는 그 밖의 표면 변화들을 갖는 기판 물질의 단일 표면으로서 실현될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, "매크로구조 표면(macrostructured surface)"은 약 10 마이크로미터(또는 미크론) 이상의 수직 프로파일 변화들 사이의 가로 간격(예를 들어, 이격 거리(114))을 갖는 표면을 지칭하는 것으로 이해되어야 하는데, 도 2의 상황에서 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이, 여기서 수직 프로파일 변화들(예를 들어, 높이(112))은 손가락과 얼룩 방지 구조체 사이의 물리적 접촉 면적을 최소화하기 위해 약 1 마이크로미터(또는 미크론) 이상이다.
도 4의 상황에서 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이, 매크로구조 표면은 얼룩 방지 구조체의 노출 표면에 사실상 물리적으로 접촉할 수 있는 외부 물체의 퍼센트를 저감시킨다. 예를 들어, 일 실시예에서, 매크로구조 표면은 얼룩 방지 구조체에 근접해 있는 통상 크기의 인간의 손가락의 약 10%만을 접촉하도록 구성될 수 있으며, 이로써 통상 크기의 인간의 지문의 약 90%가 얼룩 방지 구조체의 노출 표면에 물리적으로 접촉하는 것을 방지한다. 예시적인 실시예들에서, 매크로구조 표면은 상대적으로 높은 (예를 들어, 약 90%보다 큰) 투과율을 제공하면서 상대적으로 낮은 (예를 들어, 약 0.5% 미만의) 확산 반사율 및 상대적으로 낮은 (예를 들어, 약 2% 미만의) 정반사율(specular reflectance)을 제공하도록 구성된다.
도 3 및 도 4의 상황에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 투명 얼룩 방지 구조체는 또한 기판의 매크로구조 표면의 접촉 부위들에 가해지는 임의의 오염을 산화시키도록 구성된, 매크로구조 표면을 덮는 산화 층을 포함한다. 예를 들어, 산화 층은 오염의 유기 성분들을 증발시킴으로써 매크로구조 표면으로부터 오염의 유기 성분들을 제거할 수 있다. 다시 말하면, 산화 층은 임의의 수동적인(manual) 개입 없이 얼룩 방지 구조체의 노출 표면으로부터 오염 부위들을 자동 제거하여 소위 "자정식(self-cleaning)" 얼룩 방지 구조체를 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 산화 층은, 전자기 스펙트럼의 일부에 반응하여 (또는 그 일부에 의한 조사(irradiation)에 반응하여) 탄소 화합물들을 이산화탄소 또는 그 밖의 기체 화합물들로 변환함으로써 탄소 화합물들을 산화시키는 수산기(hydroxyl radical)를 생성하는 광촉매 물질을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 광촉매 물질은 아나타제 상 티타늄 이산화물(anatase phase titanium dioxide)과 같은 티타늄 산화물 물질로서 실현된다. 하나 이상의 실시예에서, 광촉매 물질은 질소 원자들로 도핑되어 전자기 스펙트럼의 자외선 영역으로부터 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역의 적어도 일부까지 감광성(photosensitivity)의 범위를 확대한다. 질소를 이용한 티타늄 이산화물의 치환형 도핑(substitutional doping)은 티타늄 이산화물의 밴드갭(band gap)을 줄이고, 가전자 밴드(valence band)보다 높은 에너지 레벨들을 생성하여 광 흡수율을 가시광 범위(400 nm보다 큰 파장들)까지 확대한다. 황과 같은 다른 적절한 치환형 도핑 원소들이 또한 질소를 대신하고/하거나 질소에 추가하여 사용될 수 있다.
매크로구조 표면의 상대적으로 적은 접촉 부위들에 가해질 수 있는 임의의 오염 부위들을 산화시키는 산화 층과 결합된 투명 얼룩 방지 구조체의 노출 표면과의 물리적 접촉의 양(또는 퍼센트)을 저감시키는 매크로구조 표면 덕분에, 지문, 얼룩, 및/또는 그 밖의 표면 자국들의 잠재적 영향이 완화된다. 추가적으로, 산화 층은 투명 얼룩 방지 구조체의 노출 표면이 수동 또는 능동적으로 세정되어야 하는 빈도를 저감시키며, 이로써 잠재적 마모 원소들, 용매, 또는 그 밖의 세정제들에 대한 노출을 저감하여 내구성 및/또는 수명을 개선할 수 있다. 수동 또는 능동 세정 간의 지속 시간을 증가시킬 뿐 아니라, 산화 층에 의해 제공되는 자정 특징들은 예를 들어, 항공기에 탑재된 터치스크린 애플리케이션들과 같은 안전성 중요 애플리케이션들에 대한 지문들의 잠재적 영향을 최소화한다. 더구나, 투명 기판은 중합 또는 유기 기판들에 비해 높은 레벨의 내구성을 제공하는 무기 물질을 이용하여 실현될 수 있다. 투명 얼룩 방지 구조체는 디스플레이, 터치스크린, 터치 패널, 또는 다른 디스플레이 디바이스의 표면에 부착되어 상대적으로 낮은 표면 반사율 및 상대적으로 높은 내구성을 갖는 얼룩 방지 디스플레이 표면을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 단면도들로서, 기판(102)의 표면에 대한 연속적인 오염 영역의 형성을 억제하도록 구성된 매크로구조 표면(106) 및 매크로구조 표면(106)에 대한 유기 오염의 적어도 일부를 산화시키도록 구성된 산화 층(120)을 갖는 얼룩 방지 구조체(100)의 제조를 예시한다. 여기에 설명된 제조 프로세스들의 다양한 구현 양태들은 널리 공지되어 있으며, 이에 간략화를 위해, 공지된 프로세스의 상세 사항들을 제공하지 않고 여러 종래의 양태들이 여기에서 간략히 언급되거나 전체적으로 생략될 수 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에서, 기판(102)은 무기 물질 층(104)을 포함한다. 여기에 사용된 바와 같이, 무기 물질은 탄소를 포함하지 않는 비중합 화합물(non-polymeric chemical compound)로서 이해되어야 한다. 이러한 관점에서, 무기 물질(104)은 중합 물질에 비해 물리적으로 더 단단하고, 기계적 마모에 대해 더 큰 내구성을 보인다. 예를 들어, 무기 물질(104)은 소다 석회 유리(soda-lime glass), 붕규산 유리(borosilicate glass), 규산 알루미늄 유리(alumino-silicate glass), 사파이어, 실리콘 이산화물과 같은 실리콘 산화물 물질, 또는 투명 기판(102)의 상황에서 여기에 설명된 바와 동일한 일반 특성 및 특징을 갖는 임의의 다른 물질과 같은 유리 물질로서 실현될 수 있다. 추가적으로, 다른 실시예들에서, 기판(102)은 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등과 같은 투명 기판(102)의 상황에서 여기에 설명된 바와 동일한 특성 및 특징들을 갖는 중합 물질로서 실현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 설명 목적으로, 전술된 예시적인 실시예들은 무기 물질(104)로서 실현되는 기판(102)의 상황에서 여기에 설명될 수 있는데, 그 이유는 무기 물질들이 중합 물질들을 손상시킬 수 있는, 디스플레이 표면들을 세정하는데 흔하게 사용되는 유체 및 용매에 대한 저항성이 있을 뿐 아니라 물리적 접촉으로부터 유발될 수 있는 흠집 또는 그 밖의 형태의 구조적 손상에 대해 더 많은 내구성 및 저항성을 가질 수 있기 때문이다. 예를 들어, 무기 물질(104)은 약 6보다 큰 연필 경도(pencil hardness)(6H, 예를 들어 강모(steel wool)보다 큼)를 가질 수 있으며, 이로써 무기 물질(104)은 얼룩 방지 구조체(100)가 이후에 부착될 수 있는 터치 감지 디바이스(예를 들어, 디스플레이, 터치스크린, 터치 패널 등)과 인터페이싱하는데 사용될 수 있는 손가락 및/또는 손톱, 스타일러스(stylus), 펜, 또는 그 밖의 물체를 이용하여 무기 물질(104)의 표면을 터치 또는 마모하는 것으로부터 유발될 수 있는 흠집 및/또는 표면 자국에 대해 저항성을 갖는다.
예시적인 실시예에서, 기판(102) 및/또는 무기 물질(104)은 가시광에 대해 약 95 퍼센트보다 큰 투명도(또는 투과율)를 갖는다. 이러한 관점에서, 기판(102) 및 무기 물질(104)은 각각 실질적으로 투명하다. 따라서, 편의상, 기판(102)은 여기에서 투명 기판이라고도 지칭될 수 있고, 무기 물질(104)은 투명 무기 물질이라고도 지칭될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 무기 물질(104)은 약 2.0 미만, 바람직하게 약 1.4 내지 약 1.7 범위 내의 굴절률을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 무기 물질(104)의 두께 및 타입은 모두, 기판(102)이 얼룩 방지 구조체(100)가 차후에 부착될 수 있는 터치스크린, 터치 패널, 또는 다른 터치 감지 디바이스의 터치 감지 능력들과 인터페이싱하지 않도록 선정된다. 이러한 관점에서, 실제로, 기판(102)에 활용되는 특정 물질(104) 및 기판(102)의 두께는 특정 애플리케이션의 수요에 의존하여 달라질 것이다. 예를 들어, 무기 물질(104)이 단단한 유리 물질로서 실현되는 실시예들에서, 유리 물질은 적외선 또는 다른 광학 터치 감지 기술들과 함께 이용되는 경우 약 2 밀리미터 이하의 두께를 가질 수 있고, 저항성 또는 정전용량성 터치 감지 기술들과 함께 이용되는 경우 약 50 미크론(또는 마이크로미터) 내지 약 100 미크론의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에서, 기판(102)의 무기 물질(104)은 초기에는, 식각, 조면화(rough), 또는 프로세싱되어 무기 물질(104) 내에 표면 변화들을 제공하는 실질적으로 평면형 노출 표면(106)을 가질 수 있는데, 그 표면은 도 2 및 도 3에 도시된 매크로구조 표면(106)이 된다. 이러한 관점에서, 매크로구조 표면(106)은 단면 프로파일의 변화들을 갖는 기판(102) 및/또는 물질(104)의 단일 표면이다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 매크로구조 표면(106)은 물결 형상을 이루거나, 기판 물질(104) 내부로 식각된 오목부들(108)로부터 기판 물질(104)의 돌출부들(110)까지 다른 식으로 달라질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 매크로구조 표면(106)은 약 1.0 미크론 내지 약 5.0 미크론의 범위의 표면 조도(surface roughness)를 갖는다.
도 2를 참조하면, 예시적인 실시예들에서, 오목부들(108)에 대한 돌출부들(110)의 높이(112) 및 개별 돌출부(110)와 인접(또는 이웃) 돌출부들(110) 사이의 이격 거리(114)(또는 간격)는, 외부 물체들에 의해 접촉된 표면(106)의 양(또는 퍼센트)을 저감하도록 협력하여 구성된다. 이러한 관점에서, 무기 물질(104)이 단단한 경우, 기판(112) 및 이격 거리(114)는, 이격 거리(114)보다 큰 가로 치수를 갖는 외부 물체들이 기판(102) 및/또는 물질(104)의 오목부들(108) 및/또는 측벽부들(118)에 접촉하는 것을 방지하도록 협력한다. 인접 오목부들에 대한 각각의 돌출부(110)의 높이(112)는 1.0 미크론보다 크고, 하나 이상의 예시적인 실시예들에서는 약 1.0 미크론 내지 약 5.0 미크론의 범위 내에 있다. 이웃 돌출부들(110) 사이의 이격 거리(114) 또한 10 미크론보다 크고, 하나 이상의 예시적인 실시예에서는 약 10 미크론 내지 약 100 미크론의 범위 내에 있다. 예시적인 실시예들에서, 개별 돌출부(110)의 표면 접선에 대한 그 돌출부(110)의 측벽들(118)의 각도(116)는 상대적으로 높은 투과율, 상대적으로 낮은 확산 반사율, 및 상대적으로 낮은 정반사율을 갖는 그러한 각도이다. 이러한 관점에서, 돌출부들(110)의 측벽들(118)은 돌출부들(110)과 오목부들(108) 사이의 변화들이 상대적으로 완만하도록 수직이 아니다(예를 들어, 기판(102)의 평면에 수직이 아님). 예시적인 실시예들에서, 매크로구조 표면(106)은 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역에 대해 90%보다 큰 투과율을 갖는다.
도 1 및 도 2를 계속 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따라, 오목부들(108)은 무마스크 화학적 식각 프로세스(maskless chemical etch process)를 수행하여 기판(102)의 표면(106) 전역에서 무기 물질 부위들(104)을 랜덤하게 제거함으로써 형성된다. 이러한 관점에서, 식각 프로세스는 전술된 바와 같이 매크로구조 표면(106)에 원하는 특징들을 부여하는 높이(112), 이격 거리(114), 및 측벽 각도(116)를 달성하도록 조정된다. 다른 실시예들에서, 무기 물질(104)은 돌출부들(110)에 대한 오목부들(108)의 원하는 배열을 제공하도록 패턴화된 식각 마스크(etch mask)를 이용하여 식각될 수 있다. 다른 실시예들에서, 오목부들(108)은 엠보싱(embossing) 또는 스탬핑(stamping)에 의해 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 얼룩 방지 구조체(100)의 제조는 매크로구조 표면(106)을 덮는 산화 층(120)을 형성함으로써 계속된다. 예시적인 실시예들에서, 산화 층(120)은 매크로구조 표면(106)과 등각으로 형성되고, 얼룩 방지 구조체(100)의 노출 표면과의 물리적 접촉이 산화 층(120)에서 발생하도록 연속 개재 층(continuous intervening layer)을 제공한다. 예시적인 실시예들에서, 산화 층(120)은 전자기 스펙트럼의 일부에 의한 조사(irradiation)에 응답하여 수산기를 생성하도록 구성된 광촉매 물질을 포함한다. 이후, 수산기는 얼룩 방지 구조체(100)의 노출 표면의 접촉 부위들에 가해질 수 있는 임의의 오염의 유기 성분들을 산화시킨다. 예를 들어, 산화 층(120)은 전자기 스펙트럼의 자외선 영역에서의 파장들에 응답하여 수산기들을 생성하는 티타늄 이산화물 등의 티타늄 산화물 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 산화 층(120)은 광촉매 물질에 대한 감광성의 범위를 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역의 적어도 일부까지 확대시키는 질소로 도핑된다. 이러한 관점에서, 산화 층(120) 내의 질소의 원자 농도는 광촉매 물질이 반응하는 파장들을 가시광 스펙트럼의 청색 영역(예를 들어, 400 nm보다 큰 파장들)까지 증가시키도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 산화 층(120)에서의 질소의 원자 농도는 광촉매 물질의 감광성을 광 스펙트럼의 가시광선 영역(예를 들어, 400 nm보다 큰 파장들)까지 증가시키기 위해 약 1 퍼센트보다 크다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 산화 층(120)은 매크로구조 표면(106)을 덮는 티타늄 산화물 물질 층을 등각으로 적층함으로써 형성된다. 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 프로세스 또는 물리 증착(physical vapor deposition, PVD) 프로세스(예를 들어, 스퍼터링 증착 프로세스)를 수행함으로써 아나타제 상 티타늄 이산화물 층이 노출 매크로구조 표면(106) 상에 적층될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 적층된 티타늄 이산화물 층은 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터의 범위의 두께를 갖고, 더 바람직하게 약 100 나노미터의 두께를 갖는다. 적층된 티타늄 이산화물 필름은 차후에 100℃ 내지 300℃의 범위의 온도로 열처리 또는 어닐링되어 매크로구조 표면에 대한 접착을 향상시킬 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 티타늄 이산화물 층(120)은 티타늄 이산화물을 적층하는데 사용된 반응물에 질소를 첨가함으로써 인-시츄(in-situ) 도핑되며, 그 결과 질소 도핑 티타늄 이산화물 물질이 노출 매크로구조 표면(106) 상에 적층된다. 다른 실시예들에서, 티타늄 이산화물 층(120)은 질소 이온들을 티타늄 이산화물 물질 내로 주입하기 위해 하나 이상의 주입 프로세스를 수행함으로써 도핑될 수 있다.
다른 실시예에서, 산화 층(120)은 알코올(예를 들어, 에틸 알코올) 등의 용매 내에 현탁된 티타늄 이산화 나노 입자들을 함유하는 용액 층을 매크로구조 표면(106)에 도포함으로써 형성된다. 예를 들어, 현탁된 아나타제 상 티타늄 이산화물 입자들을 함유하는 에틸 알코올 층이 스핀 코팅, 딥 코팅(dip coating), 또는 용액 프린팅(solution printing)에 의해 매크로구조 표면(106)에 도포될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 현탁된 티타늄 이산화물 입자들은 약 10nm 내지 약 50nm 범위의 최장(longest) 치수(예를 들어, 실질적으로 구 형상(spherical shape)의 직경)를 갖는다. 이러한 관점에서, 10nm 미만의 입자 크기는 양자 구속 효과(quantum confinement effect)를 초래하지만, 50nm 초과의 입자 크기는 투과율을 저하시킬 수 있다. 용액을 도포하고(예를 들어, 스핀 코팅, 딥 코팅, 용액 프린팅 등), 용액을 건조하고, 구조체(100)를 가열해 용매를 증발시켜서 티타늄 이산화물 입자들을 매크로구조 표면(106)에 접착시킴으로써 티타늄 이산화물 입자들을 함유하는 용액으로부터 광촉매 층이 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 티타늄 이산화물 입자들을 형성할 때 질소를 도입함으로써(예를 들어, 프로세스 중에 질소 가스 또는 질소 함유 가스를 도입하여 티타늄 이산화물 입자들을 형성함으로써) 질소 도핑 광촉매 층이 형성될 수 있는데, 여기서 질소 도핑 티타늄 이산화물 입자들은 용매 물질(예를 들어, 에틸 알코올) 내에 현탁된다. 그 다음, 광촉매 물질 형성은 약 100℃ 내지 약 300℃의 범위의 온도로 구조체(100)를 가열(또는 어닐링)하여 용매를 증발시킴으로써 완료될 수 있으며, 그 결과 질소 도핑 티타늄 이산화물 입자들의 층이 형성된다. 다른 실시예들에서, 매크로구조 표면(106)에 도포된 이후에 하나 이상의 이온 주입 프로세스를 수행하여 질소 이온들을 광촉매 층에 주입함으로써 광촉매 매트릭스(photocatalytic matrix)가 도핑될 수 있다.
다른 실시예에서, 티타늄 이산화물 나노 입자들은 실리콘 이산화물 나노 입자들과 같은 다른 나노 입자들 사이에 배치되거나 이들과 혼합될 수 있고, 도포 프로세스 단계(예를 들어, 스핀 코팅, 딥 코팅, 용액 프린팅 등) 이전에 용매 내에 현탁될 수 있다. 이러한 관점에서, 다른 나노 입자들은, 광촉매 층에서의 티타늄 이산화물 입자 밀도를 제어하고/하거나 매크로구조 표면(106)에 대한 광촉매 층의 접착을 증가시키기 위해 활용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 후속 열처리 중의 용매의 증발 이후, 최종 산화 층(120)은 실리콘 이산화물 나노 입자들 또는 다른 적절한 나노 입자들 내에 배치되는 티타늄 이산화물 나노 입자들을 함유한다. 또 다른 실시예에서, 산화 층(120)은 광촉매 물질 입자들이 현탁되어 있는 매트릭스 또는 바인더 물질 층을 매크로구조 표면(106)에 도포함으로써 형성된다.
도 4를 참조하면, 하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 얼룩 방지 구조체(100)가 디스플레이 시스템(400) 내의 디스플레이 디바이스(410)와 함께 활용된다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 시스템(400)은 항공기 조정석(예를 들어, 소위 "글래스 콕핏(glass cockpit)"의 일부로서)에서와 같이 높은 주변 광 조건들에서 활용된다. 얼룩 방지 구조체(100)는 디스플레이 디바이스(410) 근처에 배치되고, 사용자가 디스플레이 디바이스(410) 상에 디스플레이되는 내용을 보는 경우 사용자와 디스플레이 디바이스(410) 사이의 시선에 배치되도록 디스플레이 디바이스(400)에 대해 정렬된다. 이러한 관점에서, 디스플레이 디바이스(410)의 사용자 및/또는 뷰어(viewer)의 관점에서, 얼룩 방지 구조체(100)는 디스플레이 디바이스(410)의 적어도 일부에 중첩되고/되거나 그 위를 덮는다. 하나 이상의 실시예에서, 접착 물질은 매크로구조 표면(106)의 맞은 편에 있는 얼룩 방지 구조체(100)의 표면에 형성 또는 다른 식으로 제공되어, 얼룩 방지 구조체(100)를 디스플레이 디바이스(410)의 디스플레이 표면에 고정하는데 활용된다. 다른 실시예에서, 얼룩 방지 구조체(100)는 (예를 들어, 얼룩 방지 구조체(100)의 주변부에 대해서만 적절한 두께를 갖는 접착 물질에 제공하여 접착제 두께만큼 디스플레이 디바이스(410)로부터 얼룩 방지 구조체(100)를 이격시킴으로써) 디스플레이 표면으로부터 에어갭(air gap)만큼 이격될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 디스플레이 디바이스(410)는 디스플레이(412) 및 투명 터치 패널(414)을 포함하는 터치스크린 또는 다른 터치 감지 디바이스로서 실현된다. 실시예에 따라, 디스플레이(412)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이, 전기 영동 디스플레이(electrophoretic display), 또는 프로세싱 모듈(예를 들어, 프로세서, 컨트롤러 등)의 제어 하에서 영상들을 표시할 수 있는 다른 전자 디스플레이로서 실현될 수 있다. 터치 패널(414)은 디스플레이(412) 근처에 배치되고, 사용자가 디스플레이(412) 상에 디스플레이되는 내용을 보는 경우 터치 패널(414)이 시선과의 사이에 배치되도록 디스플레이(412)에 대해 정렬된다. 터치 패널(414)은 디스플레이 디바이스(410)의 활성 감지 영역, 즉 외부 물체(402)(예를 들어, 손가락 및/또는 손톱, 스타일러스, 펜 등)에 대한 접촉 및/또는 충분한 근접을 감지할 수 있는 디스플레이 디바이스(410)의 영역을 제공하거나 규정한다. 이러한 관점에서, 얼룩 방지 구조체(100)는 디스플레이 디바이스의 감지 영역과 중첩되고/되거나 그 위를 덮도록 배치된다. 실시예에 따라, 터치 패널(414)은 저항성 터치 패널, 정전용량성 터치 패널, 적외선 터치 패널이나 다른 타입의 광학 터치 패널, 또는 다른 적절한 터치 패널로서 실현될 수 있다. 전술된 바와 같이, 매크로구조 표면(106)의 상대적으로 높은 투과율 및 상대적으로 낮은 반사율 덕분에, 얼룩 방지 구조체(100)에 입사된, 디스플레이(412)에 의해 투과된 광의 산란 및/또는 확산은 최소화되거나 인식될 수 없다.
전술된 바와 같이, 매크로구조 표면(106) 덕분에, 터치 패널(414)과 인터페이싱하는데 사용되는 외부 물체(402)가 돌출부(110)에 또는 그 부근에서 오직 얼룩 방지 구조체(100)와 접촉할 수 있지만, 얼룩 방지 구조체(100)의 오목부(108)는 물체(402)에 의해 접촉되지 않는다. 예를 들어, 외부 물체(402)가 인간 손가락으로서 실현되는 예시적인 실시예에서, 높이(112), 이격 거리(114), 및 측벽 각도(116)는, 손가락(402)의 표면적의 약 10%만이 돌출부(110)(및 잠재적으로 측벽들(118)의 인접 부위들)에 접촉하고, 손가락(402)의 나머지 표면적은 무기 물질(104)의 강직성 덕분에 오목부(108) 및 인접 측벽부(118)에 접촉하는 것이 방지되도록, 구성된다. 따라서, 손가락(402)에 의해 얼룩 방지 구조체(100) 상에 가해질 수 있는 오염의 양은 해당 양(또는 퍼센트)만큼 감소할 수 있으며, 이로써 디스플레이 디바이스(410) 및/또는 디스플레이(412)에 의해 제공되는 인식 영상 품질에 대한 이러한 오염의 잠재적 영향을 완화시킬 수 있다. 또한, 광촉매 물질을 포함하는 산화 층(120) 덕분에, 높은 주변 광 조건들에서, 얼룩 방지 구조체(110)의 접촉된 돌출부(110)(및 가능하면 이에 인접한 측벽부들(118)) 상에 가해질 수 있는 임의의 오염의 유기 성분들은 주변 광 조명에 응답하여 광촉매로부터 유발되는 수산기들에 의해 산화될 수 있다. 이로써, 매크로구조 표면(106) 덕분에 감소된 얼룩 방지 구조체(100)에 가해질 수 있는 오염의 퍼센트 양뿐 아니라, 얼룩 방지 구조체(100)에 상주할 수 있는 오염의 양 또는 퍼센트가 광촉매 물질의 "자정" 특성 덕분에 더 감소된다. 예를 들어, 실제로, 손가락(402)과의 접촉으로부터 유발되는 얼룩 또는 지문 흔적은 대부분 유기 물질을 함유하는데(예를 들어, 통상 약 90% 이상의 유기 물질), 이 유기 물질은 산화되어 산화 층(120)에 의해 얼룩 방지 구조체(100)로부터 제거될 것이다. 따라서, 상대적으로 작은 양의 오염이 얼룩 방지 구조체(100)에 축적될 수 있고, 전술된 바와 같이 무기 물질(104)을 손상시키지 않고 얼룩 방지 구조체(100)의 표면으로부터 세정될 수 있다. 또한, 수산기들은 표면에 접촉한 박테리아를 산화시킴으로써 얼룩 방지 구조체(100) 상에서의 박테리아 성장을 방지 또는 억제할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
앞서 상세한 설명은 사실상 단지 예시적이며 본 출원의 청구 대상 및 그 용도로 한정하려는 것이 아니다. 게다가, 전술된 배경 기술, 발명의 요약, 또는 상세한 설명에 개시한 임의의 이론에 의해 구속되려는 의도는 없다. 간략화를 위해, 광학, 반사, 굴절, 광촉매, 적층, 식각, 이온 주입, 및/또는 도핑, 터치 감지 디바이스들, 및/또는 디스플레이 디바이스들에 관한 종래 기법들은 여기에 상세히 설명되지 않을 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 전술된 상세한 설명에서 설명되었지만, 막대한 양의 대체적인 균등한 변화들이 존재함은 물론이며, 여기에 설명된 예시적인 실시예들은 임의의 방식으로 청구 대상의 범위, 이용 가능성, 또는 구성으로 한정하려는 것은 아니다. 이와 반대로, 청구범위 및 이들의 균등물들로부터 벗어나지 않고 여기에 설명된 다양한 구성요소들의 기능 및 배열이 다양하게 변경될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 전술된 예시적인 실시예들 또는 그 밖의 다른 제한들의 상세 사항들은 명확한 반대 의사가 없으면 청구 범위 내로 판독되지 않아야 한다.

Claims (11)

  1. 얼룩 방지 구조체(smudge-resistant structure)(100)에 있어서,
    단단하고(rigid) 투명한 무기 물질의 투명 평면 기판(102) - 상기 투명 평면 기판(102)은 상기 단단하고 투명한 무기 물질의 복수의 돌출부들을 포함한 매크로구조(macrostrctured) 표면(106)을 갖고, 상기 복수의 돌출부들은, 상기 투명 평면 기판(102)의 상기 매크로구조 표면(106)의 상기 단단하고 투명한 무기 물질의 오목부들과, 상기 투명 평면 기판(102)에 근접하며 이웃 돌출부들 사이의 이격 거리보다 큰 가로 치수를 갖는 외부 물체의 표면 영역의 접촉을 90% 방지하도록 구성되며, 상기 이웃 돌출부들 사이의 상기 이격 거리는 10 미크론 내지 100 미크론의 범위에 있고, 상기 복수의 돌출부들의 각각의 돌출부의 측벽은 수직이 아님 -; 및
    상기 매크로구조 표면(106) 상에 있고 상기 매크로구조 표면(106)을 덮는 산화 층(120)을 포함하고,
    상기 산화 층(120)의 두께는 50 ㎚ 내지 200 ㎚의 범위에 있고,
    상기 산화 층(120)은 상기 매크로구조 표면(106) 상의 유기 오염물의 적어도 부분을 산화하고,
    상기 매크로구조 표면(106)은 상기 산화 층(120)에 접하는 상기 투명 평면 기판(102)의 표면을 식각하거나 조면화(rough)하는 것에 의해 생성되는, 얼룩 방지 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매크로구조 표면은 상기 투명 평면 기판 내에 복수의 오목부들을 포함하고, 상기 복수의 오목부들 각각의 사이에 상기 투명 평면 기판의 상기 복수의 돌출부들을 포함하고, 상기 복수의 돌출부들 각각은 상기 이격 거리만큼 상기 복수의 돌출부들 중 다른 하나로부터 이격되며, 상기 복수의 오목부들은 랜덤 분포되어 있는, 얼룩 방지 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부들의 각각의 돌출부의 측벽의 상기 각각의 돌출부의 표면 접선(surface tangent)에 대한 각도는, 상기 매크로구조 표면이 전자기 스펙트럼의 가시 영역에 대한 90%보다 큰 투과율 및 0.5%보다 작은 확산 반사율을 갖도록 하는 것인, 얼룩 방지 구조체.
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