KR20080042150A - 기판 표면의 구조화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 확산 방식으로 산란하는 표면을 제공하는, 기판이 제 1 단계에서 구조화되고 제 2 단계에서 구조화의 부분 평활화를 위한 졸-겔법에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 구조화 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이 방법으로 구조화된 기판 및 광학 적용 분야에서의 이의 용도에 관한 것이다.
기판, 구조화, 평활화, 졸-겔법, 확산, 산란
Description
본 발명은 기판 표면의 구조화에 관한 방법으로서, 기판은 제 1 단계에서 구조화되고, 제 2 단계에서 상기 구조화의 부분 평활화를 위해 졸-겔법에 의해 코팅되어, 확산 방식으로 산란하는 기판을 제공한다. 또한 본 발명은 이런 방식으로 구조화된 기판과 이의 광학 적용 분야에서의 용도에 관한 것이다.
구조화된 기판은 많은 적용 분야 및 공정에서 중요한 역할을 한다. 표면-구조화 기판은 또한 예를 들어, 확산판 (diffuser), 반사판 (reflector) 과 같은 광학 적용에서의 중요성이 증가되었다. 광 확산판은 표면에서 입사 광선이 확산 방식으로 산란되는 산란 표면이다. 광 확산판의 사용의 일반적인 예로는, 포토그래피 및 프로젝트 기술에서 상이 투사되는 매트(matt) 스크린이다. 상의 생성을 위해 매트 스크린에 부딪치는 광은 확산되어, 즉 다양한 각도로 반사된다. 이 산란은 매트 스크린상에 투사된 상을 다양한 각도에서 볼 수 있게 된다. 그러므로, 확산 방식으로 산란하는 표면을 제공할 수 있는 방법이 필요하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 실행하기에 단순하고 광범위한 적용 분야의 구조화된 표면의 제공이 용이한 기판 표면의 구조화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 방법은 놀라운 방식으로 복잡한 필수 프로파일을 만족시킨다. 따라서, 본 발명은 기판이 제 1 단계에서 구조화되고, 제 2 단계에서 상기 구조화의 부분 평활화를 하기 위해 졸-겔법으로 코팅되어, 특히 확산 방식으로 산란하는 표면을 제공하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위하여, 구조화된 표면은 규칙 또는 불규칙한 구조, 특히, 임의 유형의 홈(groove), 톱니(indentation) 또는 돌기(bump) 형태를 갖는다. 톱니 또는 돌기는 여기서 임의의 목적하는 형상을 차용할 수 있으며, 나도미터 ~ 밀리미터의 크기범위이다.
본 발명에 따른 방법은 실행이 단순하고, 확산 방식으로 산란하는 구조의 제조 가능성을 제공한다. 이에 따라 사용자는 그가 필요로 할 때 필수적인, 두 공정 단계가 기술적으로 잘 다루어질 수 있고, 실행이 단순하며, 잘 통제될 수 있는 구조화된 표면의 제조 가능성을 부여받는다. 적합한 적용 분야는 광의 산란이 필요한 모든 광학 시스템이다.
특정 구현에 있어서, 본 발명에 따른 방법은 액정 디스플레이의 확산판의 제조에 적합할 수 있다. 일반적으로 충분한 콘트라스트를 유지시키는 백라이팅이 LCD 에 사용된다. 특히 노트북과 같은 배터리-지지 LCD의 경우에는, 관련된 에너지 소비는, 배터리의 작동시간이 추가적으로 제한되기 때문에, 부정적 방식임이 분명하다. 이러한 이유로, 백라이팅이 필요하지 않은 LCD의 개발에 대한 관심이 존재한다. 이는 반사판의 사용을 필요로 하며, 하기 필수 요건을 적어도 만족해야만 한다:
- 입사광이 뷰어의 시야각 범위에서 디스플레이의 모든 영역에 균일하게 분포되어야 함.
- 시야각 범위 바깥쪽으로 가능한 적은 반사가 일어나야 함.
- 구조화는 간섭 현상을 방지해야 함.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 이러한 방식으로 구조화된 표면이 제공될 수 있다.
본 발명에 적합한 기판은 유리 기판, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판이고, 바람직하게 유리, 금속 또는 세라믹 기판이고, 더욱 특히 바람하게는 유리 기판 또는 금속 기판이다. 구조화된 표면을 갖는 유리 기판 또는 금속 기판은 광학 적용 분야, 특히 LCD에 더욱 적합하다.
유리 기판용으로 적합한 재료로는 잘 알려진 모든 유리, 예를 들어 당업자에 잘 알려진 모든 유리 조성물의 캐스트 유리, 플로트 유리, A, C, D, E, ECR, R 또는 S 유리이다.
적합한 금속 기판은 예를 들어, 1 ㎛ 미만의 평균 조도값을 갖는 연마 또는 광택을 없앤 금속판이다. 적합한 플라스틱 기판은 예를 들어, PMMA 또는 폴리카보네이트로 이루어져 있다. 적합한 세라믹 기판은 하기 기재되는 방법중 하나를 이용하여 구조화될 수 있는, 당업자에게 알려진 모든 세라믹, 특히 투명 세라믹이다.
본 발명의 2 단계 공정에 있어서, 기판 표면의 구조화는 제 1 단계에서 실시된다. 여기서 구조화는 입자 제트, 레이저 빔, 에칭법 또는 엠보싱법의 작동에 의해 수행될 수 있다. 이상적으로 구조화 공정은 각각의 기판에 맞추어 최적화 구조화를 달성한다. 그리하여, 엠보싱법은 플라스틱 또는 금속으로 된 기판의 경우에 주로 적합하며, 플라스틱은 바람직하게 엠보싱법에 의해 구조화된다. 에칭법은 특히 유리 또는 세라믹 기판에 적합하며, 이는 특히 당업자에게 잘 알려진 에칭법의 모든 변형법, 예를 들어 RIE (반응성 이온 에칭)을 사용하는 것이 가능하다.
구조화는 바람직하게 입자 제트를 이용하여 실시되고, 입자 제트는 샌드 제트 또는 전자빔일 수 있다. 본 발명의 목적을 위해서, 샌드 제트는 입자 제트의 입자가 원자 또는 아원자 크기 범위 (예컨대, 전자) 로 지정될 수 없는 모든 입자 제트를 의미하도록 취해진다. 여기서 모든 입자의 크기는 목적하는 구조화와 사용된 입자 물질에 따라서, 1 ㎛ ~ 4 ㎜의 범위일 수 있다. 바람직하게, 입자는 5 ㎛ ~ 1 ㎜ 의 크기이고 특히 20 ㎛ ~ 200 ㎛ 이다.
적합한 제트 물질은 모두 통상적인 물질, 예를 들어, 샌드, 유리, 강옥, 플라스틱, 세라믹, 견과 껍질, 옥수수자루 과립, 임의 특성 및 조성의 강철, 금속, 예를 들어, 알루미늄, 및/또는 이의 혼합물이다. 특히 5 ~ 100 ㎛의 입자 크기, 더욱 특히 50 ~ 80 ㎛의 입자 크기를 갖는 유리 또는 강옥 입자가 바람직하다.
제트 압력 및 입사각 및 제트 매질의 방향은 또한 표면의 구조에 영향을 준다. 5 ~ 90°, 바람직하게 30 ~ 80°의 입사각과 함께, 10 bar이하, 바람직하게 6 bar이하의 제트 압력이 통상적으로 사용된다. 상기 구조화의 깊이 및 목적 유형을 조정하기 위해 상기 입자 물질에 각각의 상기 파라미터의 매칭시키는 것은 당업자의 통상적인 능력의 몫이다. 실제 블라스팅 작업은 구조의 필수 재현성을 달성하도록 적합한 기기로 상응하게 수행된다.
이런 방법으로 얻어지는 구조는 통상적으로 차후 적용에서의 특성에 불리한 영향을 미칠 수 있는 에지(edge)를 여전히 가지고 있다. 이런 이유로서, 구조화의 평활화는 졸-겔법에 의한 코팅을 함으로써 본 발명에 따른 방법의 제 2 단계로 실시하였다. 상기 평활화는 구조화시에 제조된 톱니모양을 부분적으로 다시 채우고, 부가적인 코팅에 의해 상응하는 에지를 원만하게 한다(도 1 참조). 또한 광학 효과를 제어하기 위한 굴절 지수의 적응은 졸-겔법에 의해 상응하는 졸, 예를 들어, TiO2 및 SiO2 졸의 적합한 혼합에 의해 달성될 수 있다. 제 2 단계는 본 발명에 따른 방법으로 수행되어 제 1 단계에서 제조된 구조화의 평활화뿐아니라, 그렇게 수득된 구조화된 표면의 광학 특성의 적응도 만족시킨다.
졸-겔법에 적합한 졸은 당업자에게 알려진 모든 졸, 예를 들어, 원소 티타늄, 지르코늄, 실리콘, 알루미늄 및/또는 이의 혼합물의 화합물의 졸이다. 실리콘 졸을 사용하는 것이 바람직하다. 졸 또는 이 유형의 전구체는 공지되고 시판된다. 실리콘 졸은 통상적으로 SiO2 입자가 수성/알코올성/암모니아성 매질에서 테트라알콕시실란, 특히 테트라에톡시실란(TEOS)의 가수분해성 공축합에 의해 수득되는 것이다. 이는 물론 코팅 용액으로서, 상이한 방식으로 제조된 수성 및/또는 용매 함유 졸을 사용하는 것 또한 가능하다.
또한, 코팅 용액은 부가적으로 계면활성제가 포함될 수 있다. 더욱이, 졸-겔법에 의해 사용될 수 있는 코팅 용액은 추가의 구성성분, 예를 들어, 흐름제어제 또는 착화제가 포함될 수 있다.
코팅 용액 내의 각각의 고형분은 통상적으로 0.1 ~ 20 중량%의 범위, 바람직하게 2 ~10 중량% 일 수 있다.
상술한 유형의 코팅 용액은 예를 들어, DE 198 28 231, US 4,775,520, US 5,378,400, DE 196 42 419, EP 1 199 288 또는 WO 03/027015에 기재되어 있으며, 이의 개시 내용은 본 발명의 참조로서 삽입된다. 졸-겔법에 의한 코팅은 예를 들어, 딥 코팅, 스프레이법, 또는 플로우 커튼법에 의한 당업자에게 공지된 통상적인 원리에 따라서 수행된다. 딥 코팅의 경우에는, 구조화된 기판이 코팅 용액으로 딥핑되고, 스프레이법의 경우에는, 코팅 매질을 이용한 기판의 코팅은 단일 또는 멀티성분 노즐법으로 수행된다. 플로우 커튼의 사용 시, 코팅은 코팅될 기판의 이동하에, 코팅 매질의 프리-플로우 커튼법에 의해 수행된다. 졸-겔법에 의한 코팅은 바람직하게 딥 코팅으로 수행된다. 결국, 단순한 구현예에서, 예비 구조화된 기판이 리프팅 장치에 의해 졸-충진 셀로 딥핑되고, 이어서 균일한 속도로 셀로부터 제거된다.
적용된 층의 두께는 제 1 공정 단계에서 수행된 구조화의 구조 및 깊이에 따라 다르다. 구조화가 구조의 최고점과 최저점의 높이차가 크거나 많은 엣지, 코너 및 단의 형성으로 실행된 경우라면, 평활화층의 비율은 상응하여 더 넓게 선택되어야만 한다. 구조화와 이어지는 평활화 동안의 개개의 파라미터의 정밀한 조정은 전문 지식을 가진 당업자의 몫이다. 각각의 파라미터는 구조화된 표면이 처음에 언급된 최적의 확산판/반사판을 위한 조건을 만족하는 방법으로 서로 바람직하게 매치된다. 졸-겔법에서 코팅시 두께의 조절은 딥 코팅의 경우에 본질적으로, 코팅시 구조화된 기판의 드로잉 속도에 따라 다르다. 드로잉 속도가 클수록, 얻어지는 층은 더 두껍다. 통상적으로 드로잉 속도는 0.1 ~ 100 ㎜/초의 범위이고, 바람직하게 1.6 ~ 8 ㎜/초이다. 물론 코팅 작업은 구조화의 목적하는 평활화가 달성될 때까지, 1회 이상 반복될 수도 있다.
적용된 층의 압축 및 고형화를 위해서, 구조화된 기판은 하소될 수 있다. 하소는 적용된 층으로부터 잔류 용매 분획을 제거한다. 하소 온도는 통상적으로 300 ~ 700 ℃이고, 특히 500 ~ 600 ℃이다.
본 발명의 추가 구현예에서, 구조화된 표면은 추가적으로 금속층으로 코팅된다. 이러한 추가 단계는 졸-겔법에 의한 코팅 후에 일어나고, 임의 시간에 후속적으로 수행될 수 있다. 금속 층으로 코팅하는 것은 습식화학법, 예를 들어 적합한 환원 공정에 의해, CVD 법 및/또는 PVD 법, 바람직하게 PVD법에 의해 수행될 수 있다.
추가적 금속 층의 금속으로 적합한 예로는, 알루미늄, 은, 크롬, 니켈 또는 기타 반사 금속층이다. 금속층은 바람직하게는 알루미늄이다.
추가적 금속 층의 두께는 금속 및 목적하는 특성에 따라 다르고, 통상적으로 10 ~ 150 ㎚의 범위이고 특히 30 ~ 100 ㎚의 범위이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법의 하나로 제조된 구조화된 표면을 갖는 기판에 관한 것이다.
더욱이 본 발명은 광학 적용 분야의 확산판 및/또는 반사판으로서, 상술한 방법에 의해서 수득가능한 구조화된 표면을 갖는 기판의 용도에 관한 것이다. 광학 적용 분야는 당업자에 공지된, 예를 들어 임의 디자인의 카메라, 프로젝터 및 프로젝션 스크린, 액정 디스플레이, 배율 장치, 예를 들어 현미경 등의 모든 광학 적용 분야일 수 있다. 본 발명에 따른 기판은 바람직하게 액정 디스플레이에 사용되며, 여기서 본 발명에 따른 구조화된 기판은 백라이팅을 대체하기 위한, 특히 굴절 백그라운드로서 유리하게 사용될 수 있으며, 이로써 디스플레이의 에너지 소비를 저감할 수 있다. 본 발명에 따른 구조화된 기판의 추가의 적용 분야는 창의적인 단계 없이도 당업자에게 명확하다.
하기 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[도면의 상세한 설명]
도 1 은 본 발명에 다른 공정 단계의 예이다.
실시예
1
2 bar 의 제트 압력에서, 200 mm의 거리로부터, 두께 1 mm를 가진 유리판을 10 ~ 50 ㎛ 의 범위의 크기를 갖는 유리 비드로 블라스트시켰다. 상기 유리판은 먼지제거 후, 4 mm/초의 드로잉 속도에서 수성/알코올성 SiO2 졸(고형분: 3 중 량%)로 총 3회 딥핑시켰다. 각각의 딥핑 단계 사이에, 각자의 케이스에서 실온에서 10분 동안 건조하였다.
코팅 및 건조 후에, 70 ㎚의 층두께의 알루미늄층을 구조화 및 코팅된 기판에 적용시켰다.
확산-산란 특성을 가진 구조화된 표면을 가진 유리판이 수득되었다.
Claims (13)
- 기판이 제 1 단계에서 구조화되고, 제 2 단계에서 구조화의 부분 평활화를 위한 졸-겔법에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는, 기판 표면의 구조화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 확산 방식으로 산란하는 표면이 수득되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구조화는 입자 제트, 레이저빔, 에칭법 또는 엠보싱법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 입자 제트가 샌드 제트 또는 전자빔인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 졸-겔법에 사용된 원소 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 실리콘 및/또는 이의 혼합물의 화합물의 졸인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 졸-겔법에서의 코팅은 딥 코팅법, 스프레이법, 또는 플로우 커튼법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방 법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 구조화된 기판은 추가적으로 금속층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 금속층이 습식화학법에 의해, CVD법 및/또는 PVD법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 금속이 알루미늄, 은, 크롬, 니켈 또는 기타 반사 금속층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 하나 이상의 방법에 의해서 제조된 구조화된 표면을 갖는 기판.
- 제 10 항에 있어서, 기판이 유리 기판, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 기판.
- 광학 적용 분야에서 확산판 및/또는 반사판으로서, 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 하나 이상의 방법에 의해 제조된 구조화된 표면을 갖는 기판의 용도.
- 제 12 항에 있어서, 광학 적용 분야가 액정 디스플레이인 것을 특징으로 하는 용도.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |