KR20090114962A - 투명기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

투명기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 투명기판은 광 효율 및 명실 콘트라스트를 향상시킬 수 있도록 광원에 인접하게 배치되며 광투과성 소재로 이루어진 투명기판에 있어서, 상기 투명기판은 상기 광원과 대향 배치된 주 기판을 포함하고, 상기 주 기판은 광원을 향하는 제1면과 제1면과 대향 배치된 제2면을 포함하고, 상기 제1면 및 상기 제2면 위에는 빛의 반사를 방지하기 위한 나노패턴이 배치되며, 상기 나노패턴은 복수 개의 돌기들로 이루어질 수 있다.
투명기판, 반사 방지, 나노패턴, 광 투과성, 임프린트

Description

투명기판 및 이의 제조 방법{TRANSPARANT SUBSTRATE AND FABRICATING METHOD THEREOF}
본 발명은 투명기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빛의 반사를 최소화할 수 있는 반사방지 나노패턴이 형성된 투명기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
나노기술(NT; Nano Technology)은 정보기술(IT; Information Technology) 및 생명공학기술(BT; Bio Technology)와 더불어 21세기 산업 발전을 주도할 새로운 패러다임의 기술로서 주목 받고 있다.
또한, 나노기술은 물리학, 화학, 생물학, 전자공학, 및 재료공학 등 여러 과학기술 분야가 융합되어, 기존 기술의 한계를 극복하고, 다양한 산업 분야에 기술혁신을 줌으로써, 인류의 삶의 질을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대되고 있다.
주로 수 나노에서 수백 나노의 크기를 가지는 패턴은 나노 메모리, 바이오 센서, 세포 성장 등을 비롯한 바이오 응용, 광결정(Phtonic crystal)을 이용한 고효율 디스플레이, 태양전지를 비롯한 다양한 광전소자 등 많은 곳에 응용이 시도되고 있다.
구체적인 예를 들어 수 나노에서 수백 나노의 점 혹은 원기둥(Pillar) 구조는 나노 메모리에 응용이 가능하며, 수백 나노의 광결정 구조는 OLED(LED)에서 외부 광효율을 높이기 위한 구조로 응용이 가능하다.
또한, 최근에는 자연의 생물을 모사하는 연구로 나방의 눈(moth-eye)와 도마뱀 발바닥(Gecko feet), 연꽃잎(Lotus)의 구조 응용에 관한 연구도 활발하다.
이들 구조 모두 수십에서 수백나노의 나노구조를 가지고 있고 각각 소자적용이 가능한 특이한 거동을 보인다. 예를 들어 도마뱀 발바닥은 긴 원기둥(Pillar) 구조를 가지고 있어 미끄러운 벽면에도 잘 붙는다. 또한 연꽃잎은 물방울 및 먼지를 효과적으로 제거하는 추발수성 기능을 한다. 이들 자연의 구조를 모방해서 인공적으로 만들어주면 실제 생활에 유용한 제품을 만들 수 있다.
예를 들어, 인공 도마뱀 발바닥 구조는 탈부착이 용이한 신개면접착제로 사용이 가능하며 인공 연꽃잎 구조는 자동차 유리 및 선택적 폐수분리와 같은 분리막으로도 사용이 가능하다.
기존에 일반적으로 사용되던 반사방지막은 저굴절률 재료의 연속박막 코팅방법이 주로 사용되어 왔다. 하지만 이 방법은 재료의 선택에 한계가 있고 균일 박막제조가 용이하지 않으며 공정수가 많다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외광 반사를 방지하고 광 효율을 향상시킬 수 있는 반사방지 나노패턴 을 갖는 투명기판 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 기판은 광원에 인접하게 배치되며 광투과성 소재로 이루어진 투명기판에 있어서, 상기 투명기판은 상기 광원과 대향 배치된 주 기판을 포함하고, 상기 주 기판은 광원을 향하는 제1면과 제1면과 대향 배치된 제2면을 포함하고, 상기 제1면 및 상기 제2면 위에는 빛의 반사를 방지하기 위한 나노패턴이 배치되며, 상기 나노패턴은 복수 개의 돌기들로 이루어질 수 있다.
상기 투명기판은 상기 외부기판의 제1면에 부착되며, ITO로 이루어진 ITO 기판을 포함할 수 있다. 상기 ITO 기판은 상기 광원을 향하는 면에 빛의 반사를 방지하기 위한 반사방지 나노패턴을 구비할 수 있다.
상기 나노패턴은 20nm 내지 500nm의 피치로 이루어질 수 있다. 상기 외부기판은 상기 제1면과 접하도록 배치된 반사방지 필름을 포함하고, 상기 나노패턴은 상기 반사방지 필름 상에 형성될 수 있으며, 상기 외부기판은 상기 제2면과 접하도록 배치된 반사방지 필름을 포함하고, 상기 나노패턴은 상기 반사방지 필름 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명기판의 제조 방법은 광원에 인접하게 배치되며 광투과성 소재로 이루어진 투명기판의 제조 방법에 있어서, 상기 광원을 향하는 제1면과 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 주 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1면 상에 레지스트층을 도포하는 단계와, 상기 제1면 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1면을 에칭하여 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계와, 상기 제2면에 레지스트층을 도포하는 단계와, 상기 제2면 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계, 및 상기 제2면을 에칭하여 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명기판의 제조 방법은 상기 제1면과 접하도록 배치되며 상기 광원을 향하는 면에 반사방지 나노패턴이 형성된 ITO 기판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1기판 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 나노패턴을 임프린트 리소그래피에 의하여 형성할 수 있으며, 상기 제2기판 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 나노패턴을 임프린트 리소그래피에 의하여 형성할 수 있다.
상기 제1면에 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계와 상기 제2면에 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 반사방지 나노패턴은 20nm 내지 500nm의 피치를 갖도록 형성할 수 있다.
상기 제1면과 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계와 제2면 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 나노패턴은 사출성형, 소프트 리소그래피, 건식 에칭, 습식 에칭, 증착, 레이저 간섭 리소그래피 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 투명기판은 주 기판의 양면에 반사방지 나노패턴을 형성함으 로써 출사광의 반사를 방지하여 광효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 입사광의 반사를 방지하여 명실 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
또한, ITO 기판에 반사방지 나노패턴을 형성하여 출사광의 반사를 방지함으로써 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 나노패턴이라 함은 나노(nano) 크기를 갖는 패턴을 말한다. 패턴은 규칙적인 패턴은 물론이고 불규칙적인 패턴을 포함한다.
또한, 본 발명에 있어서 피치라 함은 나노패턴을 이루는 하나의 돌기의 중심에서 이웃하는 돌기의 중심까지의 거리를 말한다. 또한, 본 발명에 있어서 대향하는 면이라고 함은 서로 마주하는 면뿐만 아니라, 서로 반대방향을 향하는 면을 포함하는 모든 면을 포함하는 것으로 정의한다. 또한, 본 발명에 있어서 광원이라 함은 전구 등의 구형 광원뿐만 아니라, OLED 등의 면광원도 포함하는 개념으로 정의한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명기판을 제조하는 공정 을 설명하기 위한 도면이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 먼저 도 1a에 도시된 바와 같이 기판(112)을 준비한다.
기판(112)은 광투과성 재료로 이루어지며, 유리 또는 ITO(indium tin oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 기판(112)은 제1면(112a)과 제1면(112a)에 대향하는 제2면(112b)을 포함한다.
도 1b에 도시된 바와 같이 제1면(112a)에 레지스트층(121)을 형성한다. 레지스트층(121)은 포토레지스트로 이루어질 수 있으며, 이외의 통상적인 레지스트로 이루어질 수 있다.
도 1c에 도시한 바와 같이 레지스트층(121)에 스탬프(123)를 이용하여 나노패턴(125)을 형성한다. 이와 같이 스탬프(123)를 이용하여 임프린트 리소그래피 방법으로 나노패턴(125)을 형성하면 보다 용이하고 신속하게 레지스트층(121)에 나노패턴(125)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 스탬프(123)를 이용하여 임프린트 리소그래피로 나노패턴(125)을 형성하는 것을 예로서 설명하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 나노패턴(125)은 사출성형, 소프트 리소그래피, 건식 에칭, 습식 에칭, 증착, 레이저 간섭 리소그래피 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
도 1d에 도시한 바와 같이 레지스트층(121)에 나노패턴(125)이 형성되면 기판을 건식 또는 습식 에칭 등의 방법으로 에칭한다.
에칭으로 기판(112) 상에 반사방지 나노패턴(115)이 전사되면 도 1e에 도시 된 바와 같이 기판(112) 상에 잔류하는 레지스트층(121)을 제거한다.
도 1f에 도시한 바와 같이, 기판(112)의 제2면(112b)에 레지스트층(124)을 형성한다. 레지스트층(124)은 포토레지스트로 이루어질 수 있으며, 이외의 통상적인 레지스트로 이루어질 수 있다.
도 1g에 도시한 바와 같이 레지스트층(124)에 스탬프(126)를 이용하여 나노패턴(128)을 형성한다. 임프린트 리소그래피 방법으로 나노패턴을 형성하면 보다 용이하고 신속하게 레지스트층에 나노패턴을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 스탬프(126)를 이용하여 임프린트 리소그래피로 나노패턴을 형성하는 것을 예로서 설명하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 나노패턴은 상기 나노패턴은 사출성형, 소프트 리소그래피, 건식 에칭, 습식 에칭, 증착, 레이저 간섭 리소그래피 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
도 1h에 도시한 바와 같이 레지스트층(124)에 나노패턴(128)이 형성되면 기판(112)을 건식 또는 습식 에칭 등의 방법으로 에칭한다.
에칭으로 기판 상에 반사방지 나노패턴(128)이 전사되면 도 1i에 도시된 바와 같이 기판(112) 상에 잔류하는 레지스트층(124)을 제거하여 양면에 반사방지 나노패턴(115, 117)이 형성된 기판을 완성한다. 이때, 반사방지 나노패턴은 20nm 내지 500nm의 피치를 갖도록 형성될 수 있다.
이러한 기판에 ITO 등을 증착하는 과정을 통해서 반사방지 나노패턴이 형성된 ITO 기판을 기판에 부착하여 투명기판을 완성할 수 있다.
도 2를 참조하여 제1 실시예에 따른 투명기판에 대하여 보다 자세히 설명한 다.
본 실시예에 따른 투명기판(200)은 주 기판(210)과 주 기판(210)의 아래에 배치된 ITO 기판(indium tin oxide)(230)을 포함한다. 이러한 주 기판(210)과 ITO 기판(230)은 광원(240)과 인접하게 배치되어 광원(240)에서 형성된 광을 외부로 전달하는 역할을 한다.
주 기판(210)은 공기와 직접 맞닿는 기판으로서 광투과성 재질로 이루어질 수 있으며 본 실시예의 주 기판은 유리로 이루어진다. 한편, ITO 기판(230)은 ITO로 이루어진다.
주 기판(210)은 광원(240)을 향하는 제1면과 제1면에 대향하며 외부를 향하는 제2면을 포함한다.
제1면과 제2면에는 반사방지 나노패턴(213, 215)이 형성된다. 반사방지 나노패턴(213, 215)은 이격 배치된 돌기들로 이루어지며, 돌기 사이의 피치는 20nm 내지 500nm로 이루어진다. 피치가 20nm보다 작게 형성되면 공정이 복잡해질 뿐만 아니라 난반사가 발생하는 문제가 있으며, 500nm보다 크게 형성되면 빛의 반사를 안정적으로 억제하지 못하여 광 효율 향상이 크지 못한 문제가 있다.
광원을 향하는 면에 형성된 반사방지 나노패턴(215)은 광원(240)에서 발생된 광이 주 기판(210)에서 반사되지 아니하고 외부로 출사되도록 하여 광효율을 향상시킨다.
광원(240)에서 출사된 광은 주 기판(210)으로 입사되는데, ITO 기판(230)의 굴절율은 1.8이고 유리로 이루어진 주 기판(210)의 굴절율은 1.55이며 공기의 굴절 율은 1.0이다. 따라서 ITO 기판(230)에서 주 기판(210)으로 광이 입사될 때, 입사각이 임계각보다 크면 반사가 일어나는데, 나노크기의 반사방지 나노패턴(215)은 입사각을 감소시키는 역할을 한다.
이는 빛이 주 기판(210)의 제1면과 평행한 면으로 입사하는 경우에 비하여 반사방지 나노패턴(215)의 외주로 입사하는 경우 입사각이 작아지는 것을 이용한 것이다. 반사방지 나노패턴(215)이 형성됨에 따라 많은 양의 빛이 반사방지 나노패턴(215)의 외주로 입사하게 되고, 이에 따라 반사되는 빛의 양이 감소하게 되어 주 기판(210)으로 출사되는 광의 양이 증가하므로 광효율이 향상된다.
또한, 주 기판(210)에서 외부를 향하는 제2면에 형성된 반사방지 나노패턴(213)은 주 기판(210)으로 입사되는 빛의 반사를 동일한 방법으로 감소시키는데, 이에 따라 외광반사를 억제하여 명실 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 투명기판(200)을 OLED, LCD를 포함한 모니터에 적용하면, 외부 빛의 반사에 의한 눈부심 현상을 줄여줄 수 있을 뿐만 아니라 빛이 외부로 나올 때 반사되는 빛의 양을 감소시킴으로써 광효율을 향상시켜 더욱 선명한 화질을 구현할 수 있다.
또한 투명기판(200)은 자동차 계기판을 포함한 산업용 가정용 유리에 적용 가능하다. 또한 투명기판(200)은 태양전지(Solar cell)적용에 있어서 빛의 효율을 높이는 고효율 태양전지에 적용이 가능하며 LED 조명을 포함한 고효율 조명에 응용이 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명기판을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 투명기판(300)은 주 기판(310)과 주 기판(310)의 아래에 배치된 ITO 기판(320)을 포함한다. 이러한 주 기판(310)과 ITO 기판(320)은 광원(미도시)과 인접하게 배치되어 광원에서 형성된 광을 외부로 전달하는 역할을 한다.
주 기판(310)은 공기와 직접 맞닿는 기판으로서 광투과성 재질로 이루어지며 특히 유리로 이루어질 수 있다. 한편, ITO 기판(320)은 ITO로 이루어진다.
주 기판(310)의 양면에는 돌기들로 이루어진 반사방지 나노패턴(313, 315)이 형성되며, ITO 기판(320)에도 반자방지 나노패턴(325)이 형성된다. ITO 기판(320)은 주 기판(310)의 반대면인 광원을 향하는 면에 반사방지 나노패턴(325)이 형성되는데, 이에 따라 광원으로부터 출사된 광이 ITO 기판(320)으로 입사될 때, ITO 기판(320)에서 빛이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 투명기판(300)에서의 광효율은 더욱 향상된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명기판을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 투명기판(400)은 유리로 이루어진 주 기판(410)과 주 기판(410)의 일면에 부착된 ITO 기판(420), 및 주 기판(420)에 부착된 반사방지 필름들(430, 450)을 포함한다.
반사방지 필름들(430, 450)은 각각 주 기판(410)의 양면에 배치되며, 표면에 반사방지 나노패턴(435, 456)이 형성된다. 반사방지 나노패턴(435, 456)은 이격 배치된 돌기로 이루어지며, 투명기판(400)을 향하여 입사되는 광과 투명기판(400)을 통해서 출사되는 광의 반사를 감소시키는 역할을 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명기판을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명기판을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명기판을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투명기판을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200: 투명기판 210: 주 기판
213, 215: 반사방지 나노패턴 230: ITO 기판
240: 광원 430, 450: 반사방지 필름

Claims (12)

  1. 광원에 인접하게 배치되며 광투과성 소재로 이루어진 투명기판에 있어서,
    상기 투명기판은 상기 광원과 대향 배치된 주 기판을 포함하고,
    상기 주 기판은 광원을 향하는 제1면과 제1면과 대향 배치된 제2면을 포함하고,
    상기 제1면 및 상기 제2면 위에는 빛의 반사를 방지하기 위한 나노패턴이 배치되며,
    상기 나노패턴은 복수 개의 돌기들로 이루어진 투명기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부기판의 제1면에 부착되며, ITO로 이루어진 ITO 기판을 포함하는 투명기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 ITO 기판은 상기 광원을 향하는 면에 빛의 반사를 방지하기 위한 반사방지 나노패턴을 갖는 투명기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노패턴은 20nm 내지 500nm의 피치를 갖는 투명기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부기판은 상기 제1면과 접하도록 배치된 반사방지 필름을 포함하고,
    상기 나노패턴은 상기 반사방지 필름 상에 형성된 투명기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부기판은 상기 제2면과 접하도록 배치된 반사방지 필름을 포함하고,
    상기 나노패턴은 상기 반사방지 필름 상에 형성된 투명기판.
  7. 광원에 인접하게 배치되며 광투과성 소재로 이루어진 투명기판의 제조 방법에 있어서,
    상기 광원을 향하는 제1면과 상기 제1면과 대향하는 제2면을 갖는 주 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1면 상에 레지스트층을 도포하는 단계;
    상기 제1면 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1면을 에칭하여 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2면에 레지스트층을 도포하는 단계;
    상기 제2면 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2면을 에칭하여 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 투명기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1면과 접하도록 배치되며 상기 광원을 향하는 면에 반사방지 나노패턴이 형성된 ITO 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 투명기판의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1기판 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 나노패턴을 임프린트 리소그래피에 의하여 형성하는 투명기판의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2기판 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 나노패턴을 임프린트 리소그래피에 의하여 형성하는 투명기판의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1면에 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계와 상기 제2면에 반사방지 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 반사방지 나노패턴은 20nm 내지 500nm의 피치를 갖도록 형성하는 투명기판의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1면과 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계와 제2면 상에 형성된 레지스트층에 나노패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 나노패턴은 사출성형, 소프트 리소그래피, 건식 에칭, 습식 에칭, 증착, 레이저 간섭 리소그래피 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성되는 투명기판의 제조 방법.
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