KR20240000261A - Low Reflective Anti-fogging Surface Structure and Method of Manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡습 소재를 미세 구조로 제작하고 무기 박막 외곽층을 형성하여 흡습에 의한 형태의 변형을 막아 복합 기능성을 가지도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 기판;기판상에 형성되는 흡습성을 가지는 소재로 제작된 미세 구조체;미세 구조체를 감싸고 흡습으로 인한 미세 구조체의 형상 변화를 방지하는 무기 박막층;을 포함하는 것이다.The present invention relates to a low-reflection and anti-fog surface structure that has complex functionality by manufacturing a moisture-absorbing material into a fine structure and forming an inorganic thin film outer layer to prevent deformation of shape due to moisture absorption, and a method of manufacturing the same. It includes a microstructure made of a material having hygroscopicity formed on the microstructure; an inorganic thin film layer that surrounds the microstructure and prevents a change in shape of the microstructure due to moisture absorption.
Description
본 발명은 미세 표면 구조체에 관한 것으로, 구체적으로 흡습 소재를 미세 구조로 제작하고 무기 박막 외곽층을 형성하여 흡습에 의한 형태의 변형을 막아 복합 기능성을 가지도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro surface structure, and specifically, a low-reflection and anti-fog surface structure that has complex functionality by manufacturing a moisture-absorbing material into a micro structure and forming an inorganic thin film outer layer to prevent deformation of form due to moisture absorption, and the same. It is about manufacturing method.
김서림은 공기와 표면의 온도차에 의해 수증기가 표면에 닿으며 마이크로미터 미만의 물방울이 응결되며 표면의 광을 산란시키는 것으로 시야를 확보하기 위하여 쓰이는 투명한 필름 혹은 유리의 시인성을 저해한다.Fogging occurs when water vapor reaches the surface due to the temperature difference between the air and the surface, and water droplets smaller than a micrometer condense and scatter light on the surface, impairing the visibility of transparent films or glass used to secure visibility.
이를 해소하기 위하여 높은 표면에너지를 가진 초친수 김서림 방지 표면을 제작함으로 물방울이 아닌 수막을 형성하도록 하는 표면에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.To solve this problem, research is being actively conducted on surfaces that can form water films rather than water droplets by producing superhydrophilic anti-fog surfaces with high surface energy.
그러나 종래 기술의 김서림 방지코팅 기술은 성능이 우수할수록 높은 표면에너지로 인한 빠른 공기 중 유기물과 발생하여 표면이 오염되어 김서림 방지 성능을 상실하는 단점이 있다.However, the anti-fog coating technology of the prior art has the disadvantage that the better the performance, the higher the surface energy and the faster generation of organic matter in the air, contaminating the surface and losing the anti-fog performance.
또한, 김서림 방지 코팅은 표면에 이중층을 형성하는 것임으로 굴절률 차에 의한 반사율 증가 및 흡수층 두께의 증가로 흡수도가 증가함으로 투과율이 저하되는 경우가 다수 발생한다.In addition, since the anti-fog coating forms a double layer on the surface, there are many cases where the reflectance increases due to the difference in refractive index and the absorbance increases due to an increase in the thickness of the absorption layer, resulting in a decrease in transmittance.
따라서, 종래의 기술은 장기적으로 사용되기 어려우며 코팅으로인한 광특성이 저하됨으로 사용자가 민감하게 반응하는 안경 렌즈, 고글이나 조립 후 재분해가 까다로운 카메라 모듈 등에 이용되는데에는 제한이 있다.Therefore, the conventional technology is difficult to use in the long term and has limitations in its use for spectacle lenses, goggles, or camera modules that are difficult to reassemble after assembly, as optical properties are reduced due to coating.
또한 김서림 방지 수명을 향상하기 위하여 거칠기를 부여하는 방법이 있다.There is also a method of imparting roughness to improve the anti-fog lifespan.
일 예로, 플라즈마 에칭, 무기나노입자 코팅, 화학 에칭 등의 방법을 수행한 후 김서림 방지 코팅을 할 시 김서림 방지 수명의 향상을 도모할 수 있다. 하지만 이러한 바텀업 방식의 거칠기 부여는 광특성이 균일하지 못하다는 단점이 있다.For example, when anti-fog coating is applied after performing methods such as plasma etching, inorganic nanoparticle coating, and chemical etching, the anti-fog lifespan can be improved. However, this bottom-up method of providing roughness has the disadvantage that optical characteristics are not uniform.
탑다운 방식으로, Spin on Glass(SOG)와 포토리소 공정을 통해 균일한 형상을 제작할 경우 제작 단가가 크가 올라가는 단점이 존재한다.When producing a uniform shape using the top-down method using spin on glass (SOG) and photolithography processes, there is a disadvantage that the manufacturing cost increases significantly.
유기 코팅 방식은 수일의 짧은 수명 및 낮은 광특성을 가진다. Organic coating methods have a short lifespan of several days and low optical properties.
SiO2, ZrO, TiO2와 같은 무기입자 코팅 방식, 대표적으로 Layer by layer(LbL) 방식 등은 공정온도가 높아 열에 강한 유리모재에 적용가능하며 최근 용액상 공정으로 진행하는 경우가 많으나 저온공정에서 진행됨에도 불구하고 표면 고정화에 사용되는 용액의 용매로 인한 표면 손상 등이 존재한다.Inorganic particle coating methods such as SiO 2 , ZrO, and TiO 2 , typically the Layer by layer (LbL) method, can be applied to glass base materials that are resistant to heat due to the high processing temperature. Recently, they are often carried out as a solution-phase process, but in low-temperature processes. Despite the progress, there is surface damage due to the solvent of the solution used for surface immobilization.
또한, 유무기 혼합 코팅을 적용하는 경우 거칠기가 향상하고 입자의 분산도와 크기를 조절하여 광특성을 조절할 수 있으나 무작위적 형성임으로 특성 향상에 한계가 존재하며 오염으로 인한 김서림 방지 특성의 수명의 단축이 또한 쉽게 발생한다.In addition, when applying an organic-inorganic mixed coating, roughness is improved and optical properties can be adjusted by controlling the dispersion and size of particles, but there is a limit to improving properties due to random formation, and the lifespan of anti-fog properties is shortened due to contamination. It also happens easily.
현재, 차량 윈드쉴드, 헤드 업 디스플레이, 고글, 내시경 등의 의학용 유리 및 거울과 같은 여러 광학 업계와 태양광 산업계에서의 수요가 존재한다.Currently, there is demand from several optical and solar industries, such as medical glass and mirrors for vehicle windshields, head-up displays, goggles, endoscopes, etc.
그럼에도 상기한 바와 같이, 종래 기술의 저반사 김서림방지 표면의 제작은 각각 별개의 코팅으로 제작이 되어 광 투과율을 저하시키거나, 복합기능성 코팅의 경우 제작 단가가 높으며 높은 공정온도로 인하여 필름 상에 적용되기 어렵다는 단점을 가지고 있다.Nevertheless, as mentioned above, the production of low-reflection anti-fog surfaces in the prior art is made with separate coatings, which lowers the light transmittance, or in the case of complex functional coatings, the production cost is high and the manufacturing cost is high, and the coating is applied on a film due to the high processing temperature. It has the disadvantage of being difficult to achieve.
따라서, 형태 변형없이 저반사 및 김서림 방지 등의 복합 기능성을 갖는 새로운 형태의 표면 구조체를 제조 비용 및 공정 복잡성의 문제없이 제작할 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for the development of a new technology that can produce a new type of surface structure with complex functionality such as low reflection and anti-fog without deformation of shape without problems of manufacturing cost and process complexity.
본 발명은 종래 기술의 미세 표면 구조체의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡습 소재를 미세 구조로 제작하고 무기 박막 외곽층을 형성하여 흡습에 의한 형태의 변형을 막아 복합 기능성을 가지도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve the problems of the fine surface structure of the prior art, by manufacturing a moisture-absorbing material into a fine structure and forming an inorganic thin film outer layer to prevent deformation of shape due to moisture absorption and to have complex functionality such as low reflection and anti-fogging. The purpose is to provide an anti-inflammatory surface structure and a method for manufacturing the same.
본 발명은 흡습이 가능한 소재를 이용하여 구조를 제작함으로 김서림 방지에 더하여 기능성 설계에 따라 다양한 부가 기능의 부여 가능하도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a low-reflection and anti-fog surface structure that prevents fogging by manufacturing the structure using a material capable of absorbing moisture, and can provide various additional functions according to functional design, and a method of manufacturing the same.
본 발명은 저반사 기능을 목적으로 할 때에 유효매질이론에 따라 점진적인 굴절률의 증가를 가지는 나노구조를 채택하여 저반사와 김서림 방지 기능을 동시에 부여 가능하도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a low-reflection and anti-fog surface structure that can simultaneously provide low-reflection and anti-fog functions by adopting a nanostructure with a gradual increase in refractive index according to the effective medium theory when aiming at a low-reflection function, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.
본 발명은 흡습이 가능한 소재를 기능성을 가지는 구조로 형성한 후 외곽 껍질을 형성함으로 흡습으로 인한 형상 변화를 방지함으로 특성이 유지되는 수명을 연장하는 효과를 갖도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a low-reflection and anti-fog surface structure that has the effect of extending the lifespan of the properties by preventing shape changes due to moisture absorption by forming a moisture-absorbable material into a functional structure and then forming an outer shell, and the same. The purpose is to provide a manufacturing method.
본 발명은 형태 변형없이 저반사 및 김서림 방지 등의 복합 기능성을 갖는 새로운 형태의 표면 구조체를 제조 비용 및 공정 복잡성의 문제없이 제작할 수 있도록 한 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a low-reflection and anti-fog surface structure that allows a new type of surface structure with complex functionality such as low-reflection and anti-fog without deformation of form to be manufactured without problems of manufacturing cost and process complexity, and a method of manufacturing the same. There is a purpose.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체는 기판;기판상에 형성되는 흡습성을 가지는 소재로 제작된 미세 구조체;미세 구조체를 감싸고 흡습으로 인한 미세 구조체의 형상 변화를 방지하는 무기 박막층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The low-reflection and anti-fog surface structure according to the present invention for achieving the above purpose includes a substrate; a microstructure made of a hygroscopic material formed on the substrate; and a structure that surrounds the microstructure and prevents the shape change of the microstructure due to moisture absorption. Characterized in that it includes; an inorganic thin film layer that prevents.
여기서, 미세 구조체를 구성하는 나노구조들의 수평 단면 및 수직 단면이 광파장 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.Here, the horizontal cross-section and vertical cross-section of the nanostructures constituting the microstructure are characterized in that they have a size of less than the wavelength of light.
그리고 미세 구조체는, 흡습성을 가지는 소재 Tri Acetyl Cellulose(TAC), Polyvinyl Alcohol(PVA), 실크 단백질, 키토산 단백질을 포함하는 흡습성 물질군에서 선택되는 어느 하나이거나, 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.The microstructure is characterized as being selected from the group of hygroscopic materials including Tri Acetyl Cellulose (TAC), Polyvinyl Alcohol (PVA), silk protein, and chitosan protein, or a combination thereof.
그리고 무기 박막층은, SiO2 또는 TiO2 또는 ZrO2 로 이루어지며, RF 스퍼터링 공정으로 형성되는 것을 특징으로 한다.And the inorganic thin film layer is made of SiO 2 , TiO 2 , or ZrO 2 and is formed through an RF sputtering process.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체의 제조 방법은 스탬프를 준비하는 단계;스탬프에 흡습성 소재를 사용하여 미세 구조체를 형성하는 단계;미세 구조체를 기판상에 전사하는 단계;전사된 흡습성 미세구조체에 무기물 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a low-reflection and anti-fog surface structure according to the present invention for achieving another purpose includes preparing a stamp; forming a microstructure using a hygroscopic material on the stamp; transferring the microstructure onto a substrate. ;Depositing an inorganic thin film on the transferred hygroscopic microstructure.
여기서, 미세 구조체를 구성하는 나노구조들의 수평 단면 및 수직 단면이 광파장 이하의 크기를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.Here, the horizontal cross-section and vertical cross-section of the nanostructures constituting the microstructure are characterized in that they have a size of less than the wavelength of light.
그리고 미세 구조체를, 흡습성을 가지는 소재 Tri Acetyl Cellulose(TAC), Polyvinyl Alcohol(PVA), 실크 단백질, 키토산 단백질을 포함하는 흡습성 물질군에서 선택되는 어느 하나이거나, 이들의 조합으로 형성하는 것을 특징으로 한다.And the microstructure is characterized by being formed from any one selected from the group of hygroscopic materials including Tri Acetyl Cellulose (TAC), Polyvinyl Alcohol (PVA), silk protein, and chitosan protein, or a combination thereof. .
그리고 무기 박막층을, SiO2 또는 TiO2 또는 ZrO2 을 사용하여, RF 스퍼터링 공정으로 형성하는 것을 특징으로 한다.And the inorganic thin film layer is formed using SiO 2 , TiO 2 , or ZrO 2 through an RF sputtering process.
그리고 미세 구조체를 기판상에 전사하는 단계를 진행하기 이전에, 미세구조체의 부착력을 높이기 위하여 기판을 UV 플라즈마 처리를 하는 것을 특징으로 한다.And before proceeding with the step of transferring the microstructure onto the substrate, the substrate is treated with UV plasma to increase the adhesion of the microstructure.
그리고 미세 구조체를 기판상에 형성하기 위하여 기판 표면에 흡습성 소재를 먼저 도포하여, 미세 구조체의 기판 부착력을 높이는 것을 특징으로 한다.Additionally, in order to form a microstructure on a substrate, a hygroscopic material is first applied to the surface of the substrate to increase the adhesion of the microstructure to the substrate.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the low-reflection and anti-fog surface structure according to the present invention and its manufacturing method have the following effects.
첫째, 흡습 소재를 미세 구조로 제작하고 무기 박막 외곽층을 형성하여 흡습에 의한 형태의 변형을 막아 복합 기능성을 가지도록 한다.First, the moisture-absorbing material is manufactured into a fine structure and an inorganic thin film outer layer is formed to prevent deformation of shape due to moisture absorption to have complex functionality.
둘째, 흡습이 가능한 소재를 이용하여 구조를 제작함으로 김서림 방지에 더하여 기능성 설계에 따라 다양한 부가 기능의 부여 가능하도록 한다.Second, by manufacturing the structure using a moisture-absorbing material, in addition to preventing fogging, various additional functions can be provided depending on the functional design.
셋째, 저반사 기능을 목적으로 할 때에 유효매질이론에 따라 점진적인 굴절률의 증가를 가지는 나노구조를 채택하여 저반사와 김서림 방지 기능을 동시에 부여 가능하도록 한다.Third, when aiming for a low-reflection function, a nanostructure with a gradual increase in refractive index is adopted according to the effective medium theory to provide both low-reflection and anti-fog functions at the same time.
넷째, 흡습이 가능한 소재를 기능성을 가지는 구조로 형성한 후 외곽 껍질을 형성함으로 흡습으로 인한 형상 변화를 방지함으로 특성이 유지되는 수명을 연장하는 효과를 갖도록 한다.Fourth, by forming a moisture-absorbable material into a functional structure and then forming an outer shell, shape changes due to moisture absorption are prevented, which has the effect of extending the lifespan during which the properties are maintained.
다섯째, 형태 변형없이 저반사 및 김서림 방지 등의 복합 기능성을 갖는 새로운 형태의 표면 구조체를 제조 비용 및 공정 복잡성의 문제없이 제작할 수 있도록 한다.Fifth, it is possible to manufacture a new type of surface structure with complex functionality such as low reflection and anti-fog without deforming the shape without problems with manufacturing cost and process complexity.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저반사 김서림방지 구조 및 SiO2 무기박막 외곽층을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 저반사, 김서림방지 미세구조의 SEM 사진
도 3은 본 발명에 따른 김서림 방지 기능 테스트 시 무기박막 두께에 따른 투습도의 차이로 인한 저반사 특성의 저하를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 제조방법 중 미세구조 흡습층을 나노임프린트로 수행하는 공정을 나타낸 플로우차트
도 5는 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 제조방법을 나타낸 공정 구성도
도 6은 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 미세구조 표면의 김서림 방지 특성 평가 사진
도 7은 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 김서림 환경 노출에 대한 광투과율 저하 특성 평가 그래프 1 is a configuration diagram showing a low-reflection anti-fog structure and a SiO 2 inorganic thin film outer layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an SEM photo of the low-reflection, anti-fog microstructure according to the present invention.
Figure 3 is a graph showing the decline in low-reflection characteristics due to differences in moisture permeability depending on the thickness of the inorganic thin film when testing the anti-fog function according to the present invention.
Figure 4 is a flow chart showing the process of performing a nanoimprint of a microstructured moisture-absorbing layer in the method of manufacturing a low-reflection anti-fog surface according to the present invention.
Figure 5 is a process configuration diagram showing a method of manufacturing a low-reflection anti-fog surface according to the present invention.
Figure 6 is a photograph of the anti-fog property evaluation of the low-reflection anti-fog microstructure surface according to the present invention.
Figure 7 is a graph evaluating the light transmittance reduction characteristics of the low-reflection anti-fog surface according to the present invention in response to exposure to a fogging environment.
이하, 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the low-reflection and anti-fog surface structure and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail as follows.
본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the low-reflection and anti-fog surface structure and the manufacturing method thereof according to the present invention will become apparent through the detailed description of each embodiment below.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저반사 김서림방지 구조 및 SiO2 무기박막 외곽층을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저반사, 김서림방지 미세구조의 SEM 사진이다.Figure 1 is a configuration diagram showing a low-reflection anti-fog structure and a SiO 2 inorganic thin film outer layer according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is an SEM photograph of a low-reflection, anti-fog microstructure according to the present invention.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present disclosure have selected general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present disclosure, but this may vary depending on the intention or precedents of those skilled in the art, the emergence of new technologies, etc. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention. Therefore, the terms used in this disclosure should be defined based on the meaning of the term and the overall content of this disclosure, rather than simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When it is said that a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that, unless specifically stated to the contrary, it does not exclude other elements but may further include other elements.
본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법은 흡습이 가능한 소재를 이용하여 구조를 제작함으로 김서림 방지에 더하여 기능성 설계에 따라 다양한 부가 기능의 부여 가능하도록 한 것이다.The low-reflection and anti-fog surface structure and its manufacturing method according to the present invention are manufactured using a material capable of absorbing moisture, so that in addition to anti-fog, various additional functions can be given according to the functional design.
이를 위하여, 본 발명은 저반사 기능을 목적으로 할 때에 유효매질이론에 따라 점진적인 굴절률의 증가를 가지는 나노구조를 채택하여 저반사와 김서림 방지 기능을 동시에 부여 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.To this end, the present invention may include a configuration that enables both low-reflection and anti-fog functions to be provided at the same time by adopting a nanostructure with a gradual increase in refractive index according to the effective medium theory when aiming at a low-reflection function.
또한, 본 발명은 흡습이 가능한 소재를 기능성을 가지는 구조로 형성한 후 외곽 껍질을 형성함으로 흡습으로 인한 형상 변화를 방지하여 특성이 유지되는 수명을 연장시키기 위한 구성을 포함할 수 있다.In addition, the present invention may include a configuration for forming a moisture-absorbable material into a functional structure and then forming an outer shell to prevent shape changes due to moisture absorption and extend the lifespan during which the properties are maintained.
본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체는 부착 대상이 되는 대상체상에 형성되는 각각의 나노구조체들이 일정 간격 이격되어 형성되고 나노구조의 주기가 광파장 이하의 크기를 가지며 흡습성을 가지는 소재로 제작된 미세 구조체를 포함할 수 있다.The low-reflection and anti-fog surface structure according to the present invention is made of a hygroscopic material in which each nanostructure formed on the object to which it is attached is spaced at a certain interval, the period of the nanostructure has a size less than the wavelength of light, and is hygroscopic. It may contain fine structures.
그리고 미세 구조체를 감싸는 투명한 무기 박막 외곽층을 포함할 수 있다.And it may include a transparent inorganic thin film outer layer surrounding the microstructure.
구체적으로 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체는 도 1에서와 같이, 기판(10)상에 형성되는 흡습성을 가지는 소재로 제작된 미세 구조체(20) 및 미세 구조체(20)를 감싸는 무기 박막층(30)을 포함한다.Specifically, the low-reflection and anti-fog surface structure according to the present invention includes a microstructure 20 made of a hygroscopic material formed on a substrate 10 and an inorganic thin film layer surrounding the microstructure 20, as shown in FIG. 1. Includes (30).
여기서, 미세 구조체(20)를 구성하는 나노구조들의 수평 단면 및 수직 단면이 광파장 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the horizontal cross-section and vertical cross-section of the nanostructures constituting the microstructure 20 have a size of less than the wavelength of light.
그리고 미세 구조체(20)는 흡습성을 가지는 소재로 예를 들어, Tri Acetyl Cellulose(TAC), Polyvinyl Alcohol(PVA), 실크 단백질, 키토산 단백질과 같은 모든 흡습성을 가지는 물질 및 이들의 조합으로 선택되는 것이 바람직하고 이로 제한되지 않는다.And the microstructure 20 is a hygroscopic material, for example, Tri Acetyl Cellulose (TAC), Polyvinyl Alcohol (PVA), silk protein, chitosan protein, etc. It is preferable to select all hygroscopic materials and combinations thereof. and is not limited to this.
이와 같은 구조의 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체는 흡습 소재를 미세 구조로 제작하고 무기 박막 외곽층을 형성하여 흡습에 의한 형태의 변형을 막아 복합기능성을 가지도록 한 것이다.The low-reflection and anti-fog surface structure according to the present invention with such a structure is made of moisture-absorbing material into a fine structure and forms an inorganic thin film outer layer to prevent deformation of shape due to moisture absorption to have complex functionality.
이를 위하여, 본 발명은 미세 구조체(20)가 공기 중 수분을 흡습함으로 공기와 표면의 온도차에 의한 물방울의 응결을 방지하는 흡습층 기능을 갖도록 한다.To this end, the present invention allows the microstructure 20 to have a moisture absorption layer function that absorbs moisture from the air and prevents condensation of water droplets due to the temperature difference between the air and the surface.
일 예로, 가시광선 파장대역 이상의 빛에 대한 저반사 미세구조는 직경(Diameter)은 270nm ~ 290nm, 피치(Pitch)는 290nm ~ 310nm, 높이(Height)는 320nm ~ 340nm인 반사방지 미세 구조체를 만들 수 있다.For example, the low-reflection microstructure for light over the visible light wavelength range can be used to create an anti-reflection microstructure with a diameter of 270 nm to 290 nm, a pitch of 290 nm to 310 nm, and a height of 320 nm to 340 nm. there is.
일 예로, 적외선 파장대역 이상의 빛에 대한 저반사 미세 구조는 직경(Diameter)은 540 nm ~ 600 nm, 피치(Pitch)는 540 nm ~ 620 nm, 높이(Height)는 600 nm ~ 700 nm 인 반사방지 미세 구조체를 만들 수 있다.For example, the low-reflection microstructure for light over the infrared wavelength range is an anti-reflection material with a diameter of 540 nm to 600 nm, a pitch of 540 nm to 620 nm, and a height of 600 nm to 700 nm. Fine structures can be created.
도 3은 본 발명에 따른 김서림 방지 기능 테스트 시 무기박막 두께에 따른 투습도의 차이로 인한 저반사 특성의 저하를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the decrease in low-reflection characteristics due to differences in moisture permeability depending on the thickness of the inorganic thin film when testing the anti-fog function according to the present invention.
도 3은 무기박막 증착 두께에 따른 고온다습환경 저항성을 비교한 것으로, 증착 전 반사율을 1로 두고 60℃의 온도에서 발생하는 김에 5s ~ 20s의 시간에 필요에 따라 노출한 후 측정한 광특성이다.Figure 3 compares the resistance to high temperature and high humidity environments according to the thickness of the inorganic thin film deposition, and shows the optical characteristics measured after exposure as needed for a period of 5s to 20s at a temperature of 60°C with the reflectance before deposition set to 1. .
증착 두께에 따라 미세구조의 형상이 변함에 따른 저반사 특성의 변화와 투습도의 저하를 동시에 고려하여 필름은 제작된다. The film is manufactured taking into account both the change in low-reflection characteristics and the decrease in moisture permeability as the shape of the microstructure changes depending on the deposition thickness.
본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The method for manufacturing a low-reflection anti-fog surface according to the present invention will be described in detail as follows.
본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 제조 방법은 저반사 미세구조를 제작하기 위해서 스탬프를 준비하는 단계와, 스탬프에 흡습성 소재를 증착 혹은 도포 혹은 도포 후 건조하여 미세 구조체를 형성하는 단계와, 미세 구조체를 유리 혹은 폴리머 기판상에 전사하는 단계와, 전사된 흡습성 미세구조체를 무기물 박막을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.The method of manufacturing a low-reflection anti-fog surface according to the present invention includes preparing a stamp to produce a low-reflection microstructure, depositing or applying a hygroscopic material to the stamp, or drying it after application to form a microstructure, and forming a microstructure. It may include transferring the structure onto a glass or polymer substrate, and depositing an inorganic thin film on the transferred hygroscopic microstructure.
여기서, 미세구조 전사 진행 전 단계에서, 미세구조체의 부착력의 향상을 위하여 기판을 UV 플라즈마 처리를 할 수 있다.Here, in the step before the microstructure transfer process, the substrate may be treated with UV plasma to improve the adhesion of the microstructure.
그리고 부착력 향상을 위하여 저반사, 김서림 방지 표면을 제작하고자 하는 기판상에 흡습소재를 선 도포할 수 있다.And to improve adhesion, a moisture-absorbing material can be pre-applied on the substrate to create a low-reflection, anti-fog surface.
그리고 미세구조 전사 단계에서, 흡습성 소재가 폴리머인 경우 유리전이 온도 이상으로 향상시켜 진행하는 것이 바람직하다.And in the microstructure transfer step, if the hygroscopic material is a polymer, it is desirable to improve the temperature above the glass transition temperature.
그리고 증착을 진행하는 단계에서, 무기박막의 증착법과 무기물의 특성에 따른 투습도를 고려하며 50 nm 이하의 무기박막 외곽층을 형성하는 것이 바람직하다.In the deposition step, it is desirable to form an inorganic thin film outer layer of 50 nm or less, taking into account the deposition method of the inorganic thin film and the moisture permeability according to the characteristics of the inorganic material.
도 4는 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 제조방법 중 미세구조 흡습층을 나노임프린트로 수행하는 공정을 나타낸 플로우차트이고, 도 5는 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 제조방법을 나타낸 공정 구성도이다.Figure 4 is a flow chart showing the process of performing a microstructure moisture absorption layer by nanoimprinting among the manufacturing methods of the low-reflection anti-fog surface according to the present invention, and Figure 5 shows the manufacturing method of the low-reflection anti-fog surface according to the present invention. This is the process configuration diagram.
본 발명은 크게, (1) 소프트몰드 제작 (2) 소프트몰드 상에 PVA 용액의 도포 및 건조 (3) 고온에서 기판상에 임프린트 하는 방식으로 저반사 모쓰아이 나노구조를 형성하며, 고습환경에서 형상을 유지할 수 있도록 하는 SiO2 외곽 껍질층을 증착하는 방식으로 제작된다.The present invention largely forms a low-reflection moth-eye nanostructure by (1) manufacturing a soft mold, (2) applying and drying a PVA solution on the soft mold, and (3) imprinting on a substrate at high temperature, and forming the shape in a high humidity environment. It is manufactured by depositing a SiO 2 outer shell layer that maintains .
여기서, 미세 구조체(20)를 구성하는 나노 구조는, 나방눈 형태의 반사방지 나노구조 혹은 이의 음각 형상을 갖고, 나노구조의 면적이 기판 상으로 갈수록 점진적으로 넓어져 유효매질이론에 따라 연속적인 유효굴절률을 갖는 것이 바람직하다.Here, the nanostructure constituting the microstructure 20 has a moth-eye-shaped anti-reflection nanostructure or an engraved shape thereof, and the area of the nanostructure gradually expands as it moves onto the substrate, resulting in continuous effective use according to the effective medium theory. It is desirable to have a refractive index.
그리고 나노 구조는 적외선 이상의 파장 혹은 가시광 이상의 파장에 대한 저반사 기능을 가지도록 설계될 수 있다.And the nanostructure can be designed to have a low-reflection function for wavelengths longer than infrared or visible light.
그리고 소프트몰드는 s-PDMS 혹은 h-PDMS와 s-PDMS의 복합체를 모두 포함하는 것일 수 있다.And the soft mold may contain both s-PDMS or a composite of h-PDMS and s-PDMS.
그리고 소프트몰드 위 흡습층 막을 형성하기 위하여 나노임프린트에 적합한 수용액을 제작하여 소프트몰드에 도포한 후 건조시키는 것이 바람직하다.In order to form a moisture absorption layer on the soft mold, it is desirable to prepare an aqueous solution suitable for nanoimprinting, apply it to the soft mold, and then dry it.
그리고 기판은 플라스틱 필름, 유리 기판, 사파이어 기판을 포함하는 소재들 중에서 선택될 수 있다.And the substrate may be selected from materials including plastic film, glass substrate, and sapphire substrate.
그리고 나노 구조를 형성하기 위한 전사 단계에서 열과 압력을 주어 기판에 전사 후 소프트몰드를 분리한다.Then, in the transfer step to form the nanostructure, heat and pressure are applied to transfer the soft mold to the substrate and separate it.
그리고 외곽 껍질층을 구성하는 무기 박막층은 SiO2, TiO2, 혹은 ZrO2 로 이루어지며, 50 nm 이하의 두께로 RF sputter을 이용하여 증착한 박막이다.And the inorganic thin film layer that makes up the outer shell layer is made of SiO 2 , TiO 2 , or ZrO 2 and is a thin film deposited using an RF sputter to a thickness of 50 nm or less.
구체적으로 먼저, 저반사 기능성 미세구조를 제작하기 위해서 스탬프를 준비한다.(S401)Specifically, first, a stamp is prepared to fabricate a low-reflection functional microstructure (S401).
이어, 스탬프에 흡습성 소재를 도포 혹은 도포 후 건조하여 도막을 형성한다.(S402)Next, a hygroscopic material is applied to the stamp or dried after application to form a film (S402).
그리고 흡습성 소재 도막이 형성된 몰드를 기판 위에 얹어 나노구조로 형성된 도막을 기판 위에 전사하기 위한 공정을 진행한다. 공정은 기판의 유리전이온도 이하, 소재의 유리전이온도 이상의 온도로 진행한다.(S403)Then, the mold on which the hygroscopic material coating film is formed is placed on the substrate, and a process for transferring the nanostructured coating film onto the substrate is performed. The process proceeds at a temperature below the glass transition temperature of the substrate and above the glass transition temperature of the material. (S403)
이어, 흡습성 폴리머, 단백질 혹은 셀룰로오스 등으로 제작된 미세구조의 과도한 수분에 의한 형상 변화를 방지하기 위한 무기박막 외곽층을 투습도와 형상 증착으로 인한 변화에 따른 기능성 변화를 고려하여 증착을 진행한다.(S404)Next, an inorganic thin film outer layer is deposited to prevent shape changes caused by excessive moisture in microstructures made of hygroscopic polymers, proteins, or cellulose, taking into account functional changes due to changes in moisture permeability and shape deposition. ( S404)
도 6은 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 미세구조 표면의 김서림 방지 특성 평가 사진으로, 본 발명에 따른 제작 방식으로 제작한 샘플을 고온의 증기에 노출시켜 촬영한 이미지이다.Figure 6 is a photograph of the anti-fog property evaluation of the surface of the low-reflection anti-fog microstructure according to the present invention, and is an image taken by exposing a sample manufactured by the manufacturing method according to the present invention to high temperature steam.
도 7은 본 발명에 따른 저반사 김서림 방지 표면의 김서림 환경 노출에 대한 광투과율 저하 특성 평가 그래프로, 도 6에서의 현상을 spectrophotometer으로 정량적 평가한 그래프이다.Figure 7 is a graph evaluating the light transmittance reduction characteristics of a low-reflection anti-fog surface according to the present invention in response to exposure to a fogging environment, and is a graph quantitatively evaluating the phenomenon in Figure 6 using a spectrophotometer.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체 및 이의 제조 방법은 흡습 소재를 미세 구조로 제작하고 무기 박막 외곽층을 형성하여 흡습에 의한 형태의 변형을 막아 복합 기능성을 가지도록 한 것이다.The low-reflection and anti-fog surface structure and its manufacturing method according to the present invention described above are manufactured from a moisture-absorbing material into a fine structure and form an inorganic thin film outer layer to prevent deformation of shape due to moisture absorption to have complex functionality.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view, the scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are intended to be included in the present invention. It will have to be interpreted.
10. 기판
20. 미세 구조체
30. 무기 박막층10. Substrate
20. Microstructure
30. Inorganic thin film layer
Claims (10)
기판상에 형성되는 흡습성을 가지는 소재로 제작된 미세 구조체;
미세 구조체를 감싸고 흡습으로 인한 미세 구조체의 형상 변화를 방지하는 무기 박막층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체.Board;
A microstructure made of a hygroscopic material formed on a substrate;
A low-reflection and anti-fog surface structure comprising an inorganic thin film layer that surrounds the microstructure and prevents the shape change of the microstructure due to moisture absorption.
흡습성을 가지는 소재 Tri Acetyl Cellulose(TAC), Polyvinyl Alcohol(PVA), 실크 단백질, 키토산 단백질을 포함하는 흡습성 물질군에서 선택되는 어느 하나이거나, 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체.The method of claim 1, wherein the microstructure is:
A low-reflection and anti-fog surface structure that is selected from the group of hygroscopic materials including Tri Acetyl Cellulose (TAC), Polyvinyl Alcohol (PVA), silk protein, and chitosan protein, or a combination thereof. .
SiO2 또는 TiO2 또는 ZrO2 로 이루어지며, RF 스퍼터링 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체.The method of claim 1, wherein the inorganic thin film layer is:
A low-reflection and anti-fog surface structure made of SiO 2 or TiO 2 or ZrO 2 and formed by an RF sputtering process.
스탬프에 흡습성 소재를 사용하여 미세 구조체를 형성하는 단계;
미세 구조체를 기판상에 전사하는 단계;
전사된 흡습성 미세구조체에 무기물 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체의 제조 방법.Preparing the stamp;
Forming microstructures using a hygroscopic material in a stamp;
Transferring the microstructure onto a substrate;
A method of manufacturing a low-reflection and anti-fog surface structure comprising the step of depositing an inorganic thin film on the transferred hygroscopic microstructure.
흡습성을 가지는 소재 Tri Acetyl Cellulose(TAC), Polyvinyl Alcohol(PVA), 실크 단백질, 키토산 단백질을 포함하는 흡습성 물질군에서 선택되는 어느 하나이거나, 이들의 조합으로 형성하는 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체의 제조 방법.The method of claim 5, wherein the microstructure,
Hygroscopic material: Low-reflection and anti-fog material that is selected from the group of hygroscopic materials including Tri Acetyl Cellulose (TAC), Polyvinyl Alcohol (PVA), silk protein, and chitosan protein, or a combination thereof. Method for manufacturing surface structures.
SiO2 또는 TiO2 또는 ZrO2 을 사용하여, RF 스퍼터링 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체의 제조 방법.The method of claim 5, wherein the inorganic thin film layer,
A method of manufacturing a low-reflection and anti-fog surface structure, characterized in that it is formed by an RF sputtering process using SiO 2 or TiO 2 or ZrO 2 .
미세구조체의 부착력을 높이기 위하여 기판을 UV 플라즈마 처리를 하는 것을 특징으로 하는 저반사 및 김서림 방지 표면 구조체의 제조 방법.The method of claim 5, before proceeding with the step of transferring the microstructure onto the substrate,
A method of manufacturing a low-reflection and anti-fog surface structure characterized by subjecting the substrate to UV plasma treatment to increase the adhesion of the microstructure.
The method of claim 5, wherein in order to form the microstructure on the substrate, a hygroscopic material is first applied to the surface of the substrate to increase the adhesion of the microstructure to the substrate.
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| KR20200084611A (en) | 2019-01-03 | 2020-07-13 | 부산대학교 산학협력단 | Nanostructured Anti Reflective Film for the Curved Surface and Method for Fabricating the same |
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