WO2016167474A1 - 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법 Download PDF

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강구민
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a nanowire bundle array, an optical film, and a method of manufacturing the same, capable of controlling an optical path of incident light through control of a morphology.
  • Controlling the optical and thermal characteristics of a display or window is a major factor as light management strategies to improve the performance of efficient lighting systems or optoelectronic devices.
  • Dielectric-based nanostructures not only suffer from parasitic absorption, which often occurs in metal-based nanostructures, but also have little effect on the device's electrical properties, resulting in efficient and easy-to-design light flow control. It is in the spotlight as a technology.
  • Such a transparent paper-based light diffusing film has a comparatively thick thickness of several tens of micrometers or more, and has a problem that it can be easily deformed in a high temperature environment because it has a cellulose fiber-based paper of wood as a main component.
  • Embodiments of the present invention provide a nanowire bundle array capable of controlling at least one or more optical properties of total transmittance, diffuse transmittance, and optical haze to improve characteristics of an optoelectronic device system and an optical system, a broadband high-performance optical film, and fabrication thereof Provide a method.
  • embodiments of the present invention provides a nanowire bundle array, a wideband ultra-high performance optical film, and a method of manufacturing the same, which improve optical characteristics of an optical system and an optoelectronic device system through optical path control through morphology control of the nanowire aggregate. to provide.
  • embodiments of the present invention provides a nanowire bundle array having a thin thickness and excellent optical properties, a broadband high-performance optical film, and a method of manufacturing the same.
  • embodiments of the present invention provide a heat-resistant nanowire bundle array that is not deformed even in a high temperature environment, a broadband high-performance optical film and a method of manufacturing the same.
  • embodiments of the present invention provides a nanowire bundle array, a broadband ultra high performance optical film and a method of manufacturing the same having a high haze value of more than 99% and a high transmittance characteristic of more than 85%.
  • embodiments of the present invention provides a nanowire bundle array, a broadband ultra-high performance optical film, and a method of manufacturing the same, which are manufactured in an easy wet etching method with the use of economical and safe materials, thereby reducing production costs.
  • Nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention comprises a nanowire aggregate consisting of at least one nanowire, having a morphology (gradology) gradually decreases in width from one end to the other end, the nanowire aggregate
  • the dogs are arranged at predetermined intervals and control the optical path of the incident light through the control of the morphology.
  • the morphology may be formed by self-aggregated by capillary force existing between any one of the at least one nanowire and another nanowire.
  • the morphology may be formed by agglomerating some of the at least one nanowire by bending capacitively by capillary force induced by the surface tension of the fluid between at least one or more nanowires.
  • the nanowire bundle array has an optical haze through control of scattering of light based on a morphology comprising a plurality of nano-voids and a plurality of nano-ridges. It can have
  • the morphology includes a funnel structure of a no-wire aggregate unit composed of the at least one nanowire, and the funnel structure is formed in a microscale size and a plurality of funnel structures are separated by a microscale separation distance. Can be arranged.
  • the morphology may be formed in which any one of the at least one nanowire falls down in any direction and is supported by another nanowire.
  • the morphology may be formed by combining at least one of the at least one nanowire with another nanowire in a bent state.
  • the morphology may have an upper end of the nanowire assembly in which the at least one nanowire is agglomerated, and a lower end of the nanowire assembly may be formed by spaced apart from the at least one nanowire.
  • the nanowire assembly may be attached to and separated from the upper portion of the adhesive substrate.
  • the nanowire bundle array may control the transmission and diffusion of the light to increase the efficiency of at least one of the photoelectric device, the photothermal device, and the optical device.
  • the at least one nanowire may be a material of any one of alumina (Al 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ).
  • the length of each of the at least one nanowire may be between 100 nm and 50 ⁇ m, and in accordance with one embodiment, the thickness of each of the at least one nanowire may be between 10 nm and 70 nm, and in accordance with one embodiment, the at least The spacing between each end of one or more nanowires may be 500 nm or less.
  • the height of the nanowire aggregate may be 100nm to 30 ⁇ m.
  • Nanowire bundle array is a base substrate; And a plurality of nanowire assemblies disposed on the base substrate at predetermined intervals, wherein the nanowire aggregate includes at least one nanowire, and the width gradually increases from one end to the other end in contact with the base substrate. It has a shrinking morphology.
  • the morphology may be formed by self-aggregated by capillary force existing between any one of the at least one nanowire and another nanowire.
  • the morphology may be formed by the upper end of the nanowire assembly in which the at least one nanowire is agglomerated, and the lower end of the nanowire assembly in which the at least one nanowire is spaced apart from each other.
  • the nanowire bundle array may control the transmission and diffusion of the light to increase the efficiency of at least one of the photoelectric device, the photothermal device, and the optical device.
  • Method of manufacturing a nanowire bundle array comprises the steps of performing electropolishing on the base substrate; Anodizing the base substrate to form at least one nanowire on the base substrate; Expanding the pores for the at least one nanowire; Forming a nanowire aggregate having a morphology that gradually decreases in width from one end to the other through self-aggregated control of the at least one nanowire in which the pore is expanded.
  • the step of forming a nanowire aggregate with the morphology may include forming one of the at least one nanowire by capillary force induced by the surface tension of at least one inter-nanowire fluid with the pores expanded and aligned. It may be a step of forming the morphology formed by agglomeration formed while a portion is bent toward each other.
  • the optical properties of at least one of total transmittance, diffusion transmittance, and optical haze it is possible to control the optical properties of at least one of total transmittance, diffusion transmittance, and optical haze to improve the characteristics of the optoelectronic device system and the optical system.
  • nanowire bundle array having a thin thickness and excellent optical properties, a broadband high-performance optical film and a method of manufacturing the same.
  • a broadband high-performance optical film including a nanowire bundle array having a heat resistance that does not deform even in a high temperature environment.
  • embodiments of the present invention can provide a broadband high-performance optical film including a nanowire bundle array showing a high haze value of more than 99% and a high transmittance characteristic of more than 85%.
  • a broadband high-performance optical film including a nanowire bundle array that is manufactured in an easy wet etching method with the use of economical and safe materials to reduce the production cost.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating a process of forming a morphology of a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B show scanning electron microscope (SEM) images of at least one or more nanowires and nanowire assemblies aligned in accordance with an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • 5A to 5F illustrate schematic diagrams of a method of manufacturing an alumina nanowire bundle array according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 6A to 6D illustrate morphologies formed by self-aggregation of at least one nanowire formed according to an etching time for pore expansion in a method of manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • a scanning cell microscope (SEM) image is shown.
  • FIGS. 7A to 7D are schematic views of photographing a printing image through a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied, and illustrates a photographed image.
  • FIGS. 8A and 8B show schematic images of experiments and images taken by experiments for evaluating transmission scattering characteristics of a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied.
  • 9A to 9C are graphs showing total transmittance, diffuse transmittance, and haze characteristics of the haze film to which the nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied, respectively.
  • FIG. 10 is a schematic view for evaluating the optical characteristics of the organic solar cell with a haze film is applied to the nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A to 11C illustrate graphs of optical characteristics of the organic solar cell in the schematic diagram of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an experimental apparatus for quantitatively examining the propagation direction of diffused and transmitted light in a glass substrate of an organic solar cell to which a nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention.
  • 13A to 13C illustrate graphs of optical characteristics of diffusing and transmitting the glass substrate of the organic solar cell of FIG. 12.
  • FIG. 14A and 14B illustrate an example applied to the photoelectric device through the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention.
  • an embodiment As used herein, “an embodiment”, “an example”, “side”, “an example”, etc., should be construed that any aspect or design described is better or advantageous than other aspects or designs. It is not.
  • the term 'or' means inclusive or 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.
  • the expression 'x uses a or b' means any one of natural inclusive permutations.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
  • a part such as a film, layer, area, configuration request, etc. is said to be "on” or “on” another part, it is not only when it is directly above another part, but also in the middle of the other film, layer, watershed, or component. It also includes the case where it is interposed.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • the nanowire bundle array 100 includes a nanowire assembly 110.
  • Nanowire assembly 110 is composed of at least one or more nanowires 111, and includes a morphology (morphology) that gradually decreases in width from one end to the other end.
  • the morphology may be formed by self-aggregated by capillary force existing between any one of the at least one nanowire 111 and another nanowire.
  • the morphology may be formed by agglomerating some of the at least one nanowire toward the bending by capillary force induced by the surface tension of the fluid between the at least one nanowire.
  • the at least one nanowire may have a well-aligned arrangement structure.
  • any one of the at least one nanowire 111 may be formed by falling down in any direction and supported by another nanowire.
  • the morphology may be formed by combining at least one of the at least one nanowire 111 with another nanowire in a bent state.
  • the morphology may be formed by combining at least one 111 of at least one or more nanowires included in the nanowire assembly 110 with other nanowires in a bent state.
  • At least one of the at least one nanowire 111 is made of a material having flexibility, and the at least one nanowire may form a morphology leaning on another nanowire in a bent state due to its flexibility. have.
  • the morphology may be formed by the upper end of the nanowire assembly 110 at least one nanowire 111 agglomerated, and the lower end of the nanowire assembly at least one nanowire 111 spaced apart from each other.
  • the nanowire bundle array 100 is optical based on control of scattering of light based on a morphology including a plurality of nano-voids and a plurality of nano-ridges. May have an optical haze.
  • optical haze is a ratio of diffuse transmittance to total transmittance of light passing through the nanowire bundle array, which is one of the most important design factors to be considered for the development of efficient optical and photoelectric devices.
  • the plurality of nano-voids and the plurality of nano-ridges described above will be described again with reference to FIGS. 8A to 8D.
  • the morphology includes a funnel structure of a nanowire aggregate unit composed of at least one nanowire, and the funnel structure is formed in a microscale size to be a plurality of microscale separation distances. It may include a structure in which the dog is disposed.
  • the nanowire bundle array 100 may control the transmission and diffusion of light to enhance the efficiency of at least one of the photoelectric device, the photothermal device, and the optical device.
  • the nanowire bundle array 100 may be a haze film that controls light transmission and diffusion to enhance light efficiency of the photoelectric device.
  • the haze film is a film having the above-described optical haze characteristics
  • the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention may be a haze film, and the haze film is attached to the photoelectric device to pass through the haze film.
  • nanowire assembly 110 is attached to the adhesive substrate (not shown) and can be separated.
  • the nanowire aggregate 110 may be separated from the base substrate 120 used to form the nanowire aggregate 110 using an adhesive substrate such as an adhesive tape.
  • the separated nanowire aggregate 110 may be attached to a photoelectric device and used as a haze film.
  • the nanowire bundle array 100 may further include a base substrate 120 supporting the nanowire assembly 110.
  • the base substrate 120 may be made of aluminum, and the at least one nanowire 111 may be made of alumina, but the base substrate 120 and the nanowire 111 are not limited to the above materials. According to the manufacturing method, it may be formed of various materials.
  • the at least one nanowire 111 may be a dielectric material, for example, titanium dioxide (TiO 2 ), but not limited thereto, and may be a material capable of transmitting and diffusing light according to an application. Can be used
  • the height of the nanowire aggregate 110 may be 100nm to 30 ⁇ m, the interval between the ridges of the nanowire aggregate 110 may be 1 ⁇ m to 70 ⁇ m.
  • the at least one nanowire 111 may be made of alumina, and the length of each of the at least one nanowire 111 may be 100 nm to 50 ⁇ m.
  • each of the at least one nanowire 111 may be 10nm to 70nm, the spacing between each end of the at least one or more nanowires 111 may be 500nm or less.
  • At least one nanowire 111 may have a triangular prism shape having a triangular cross section in the longitudinal direction, but may have various shapes according to its manufacturing method.
  • a process of forming the morphology of the nanowire bundle array described above with reference to FIG. 2 will be described in detail.
  • FIG. 2 is a view illustrating a process of forming a morphology of a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • the nanowire assembly according to the embodiment of the present invention includes a morphology that gradually decreases in width from one end to the other end.
  • Nanowire assembly after forming at least one nanowire aligned through the second anodization with respect to the base substrate (see (a) of FIG. 2), at least one nanowire aligned After expanding the pore for the wire (see (b) of FIG. 2), the pore is expanded from one end to the other through self-aggregated control of at least one or more nanowires that are extended and aligned. This progressively decreasing morphology can be formed.
  • the nanowire assemblies are shown to form at least one nanowire aligned through secondary anodization with respect to the base substrate, while at least one nanowire is well-aligned. It may have an irregular arrangement structure that is not.
  • the morphology may be formed through self-aggregation by capillary force existing between any one or more nanowires and other nanowires.
  • the cohesive force of the liquid molecules and the adhesive force between the liquid and the capillary wall interact with each other. Self-agglomeration may occur.
  • the morphology according to the embodiment of the present invention acts as a capillary force induced by the surface tension of the fluid between the aligned at least one nanowire, so that some of the at least one nanowire bends to face each other. It can be formed by agglomeration.
  • 3A and 3B show scanning electron microscope (SEM) images of at least one or more nanowires and nanowire assemblies aligned in accordance with an embodiment of the invention.
  • FIG. 3A as described above with reference to FIG. 2, it can be seen that at least one or more nanowires are shown before morphology is formed, and with reference to FIG. 3B, at least one is aligned.
  • the morphology formed by self-aggregation by capillary force existing between any one of the above nanowires and the other nanowires can be confirmed.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • electrolytic polishing is performed on the base substrate in step S410.
  • step S420 a first anodization is performed on the base substrate.
  • step S430 wet etching of the first anodized base substrate is performed in step S430.
  • the second anodization is performed on the wet-etched base substrate to form at least one nanowire aligned.
  • At least one nanowire may be formed through two anodizations in steps S420 to S440, but according to an embodiment, at least one or more nanowires that are not well-aligned through one anodization. It is also possible to form a wire.
  • step S460 the pores are expanded to form nanowire aggregates having morphologies that gradually decrease in width from one end to the other through self-aggregation control on the aligned one or more nanowires.
  • the step S460 is formed by agglomeration of the at least one nanowire by bending a portion of the at least one or more nanowires to each other by capillary force induced by the surface tension of the at least one or more nanowire-to-liquid fluid with the pores extended and aligned. It may be a step of forming a morphology.
  • 5A to 5F illustrate schematic diagrams of a method of manufacturing an alumina nanowire bundle array according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the materials of the base substrate and at least one nanowire will be limited to aluminum and alumina.
  • the material of the base substrate and at least one nanowire is not limited to aluminum and alumina, and the base substrate and the at least one nanowire may be different materials.
  • the at least one nanowire may be an oxide different from that of the base substrate material.
  • an electropolishing is performed by immersing a base substrate 210 made of aluminum in a mixed solution 220 mixed with perchloric acid and ethanol.
  • the base substrate 210 may be electropolished using the mixed solution 220 of perchloric acid and ethanol to obtain a smooth surface pretreated on the base substrate 210.
  • the mixed solution 220 of perchloric acid and ethanol may be prepared by mixing in various ratios, and the volume ratio of perchloric acid and ethanol is preferably 1: 4.
  • the aluminum base substrate 210 is preferably 99.99% purity.
  • a voltage of 15V to 25V may be applied in a state in which the base substrate 210 is immersed in the mixed solution 220 of perchloric acid and ethanol.
  • the application time of the voltage may be 3 minutes to 10 minutes. In the case of an application time of less than 3 minutes, the surface of the base substrate 210 may not be sufficiently flat, and in the case of an application time of more than 10 minutes, the surface of the base substrate 210 may be overtreated to be an uneven surface.
  • first base oxidation is performed on the base substrate 210 of FIG. 5A.
  • a positive electrode is connected to a base substrate 210 on which FIG. 5A is performed, and a negative electrode is connected to an electrode substrate 230 of platinum (Pt) material.
  • the base substrate 210 may be first anodized by applying a voltage having a predetermined size.
  • the oxalic acid solution 240 is preferably an oxalic acid solution having a concentration of 0.3M, and a voltage applied to the base substrate 210 and the electrode substrate 230 is preferably 35V to 45V, more preferably 40V.
  • the oxalic acid solution 240 is 0. It is preferable to set at a temperature of 15 ° C to 15 ° C.
  • the uniformity of the anodized aluminum 250 may be the most stable.
  • the anodization time is preferably about 6 hours to 30 hours.
  • anodized aluminum oxide 250 having a pore having a gap of 90 nm to 110 nm in a hexagonal array is formed on the surface of the base substrate 210 through the above-described process. ) Is formed.
  • a method of manufacturing a nanowire bundle array performs wet etching on the first anodized base substrate 210 of FIG. 5B.
  • the base substrate 120 may be etched by soaking the base substrate 120 for a selected time in the etching solution 260.
  • the etching solution 260 may be prepared in various ratios, but preferably, 1.8% of chromic acid and 6% of phosphoric acid are mixed.
  • the etching solution 260 is preferably set to a temperature of 70 °C to 80 °C, the etching time of the base substrate 120 is preferably 3 hours to 5 hours.
  • anodized aluminum oxide (AAO) 250 is removed from the surface of the base substrate 210, and concave grooves having a uniform spacing in a honeycomb shape exist.
  • the method for manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention forms at least one nanowire aligned by second anodization with respect to the wet-etched base substrate in FIG. 5C.
  • the positive electrode is connected to the base substrate 210 subjected to the wet etching and the negative electrode is connected to the electrode substrate 230 made of platinum (Pt), it is immersed in the oxalic acid solution 240, which is an electrolyte, and has a predetermined size.
  • the second substrate may be anodized by applying a voltage.
  • the conditions of the second anodization process in FIG. 5D are the same as those of the first anodization process in FIG. 5B, and the anodized aluminum nanowires formed on the surface of the base substrate 210 by differently controlling the time of anodization ( 250) can be adjusted in length.
  • the length of the anodized aluminum nanowire 250 is up to 100 nm to 50 ⁇ m. I can regulate it.
  • the anodization time is appropriately adjusted in consideration of the growth length ratio with time Can be.
  • anodized aluminum nanowires 250 arranged in a honeycomb shape are formed on the surface of the base substrate 210.
  • a method of making a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention extends the pores for at least one anodized aluminum nanowire aligned in FIG. 5D.
  • FIG. 5E may uniformly widen the pore of the anodized aluminum nanowire 250, and the base substrate 210 which has undergone the second anodization process of FIG. 5D may be added to the phosphate solution 270.
  • the soak pore may form expanded anodized aluminum nanowires 280.
  • the phosphoric acid solution 270 is preferably a 5% by weight phosphoric acid solution, and the phosphoric acid solution 270 is preferably set at a temperature of 25 ° C to 45 ° C.
  • the time for immersing the base substrate 210 in the phosphoric acid solution 270 in Figure 5e is preferably 15 minutes to 60 minutes, when the temperature of the phosphoric acid solution 270 is set to a temperature within the range of 40 °C to 45 °C, The time for dipping the base substrate 210 in the phosphoric acid solution 270 can be shortened to 18 minutes to 24 minutes.
  • the phosphoric acid solution 270 is stirred to uniformly mix the phosphoric acid solution 270 to expand the pores more effectively.
  • the speed of stirring is preferably a speed within the range of 300 rpm to 800 rpm.
  • the method for manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention may form a nanowire aggregate having a morphology.
  • nanowire assemblies having a morphology gradually decreasing in width from one end to the other end may be formed.
  • a morphology formed by agglomeration of a portion of the at least one nanowire by being bent to face each other by capillary force induced by the surface tension of the fluid between the at least one anodized aluminum nanowire with the pores extended and aligned can be formed.
  • the above-described process of FIG. 5F may be performed by washing and drying the base substrate 210.
  • the washing liquid used in the washing process may be at least one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, isopropanol and supercritical fluid.
  • the pore-extended anodized aluminum nanowire 280 of FIG. 5E has a self-aggregation phenomenon caused by the capillary force of the liquid present between the anodized aluminum nanowires 280 through a cleaning and drying process.
  • the nanowire assembly 310 may have a morphology in which the width gradually decreases from one end to the other end.
  • some of the at least one anodized aluminum nanowires may be bent to face each other to aggregate to form the morphology.
  • the washing solution used in the washing process is changed from water to ethanol, methanol, or isopropanol, since the capillary forces are different, the cohesion force is changed, and as a result, the structure of the alumina nanowires 280 may be changed.
  • anodized aluminum nanowire 280 structure having a uniform structure may be manufactured.
  • the structural change of the anodized aluminum nanowire 280 or the nanowire assembly 310 may change the optical properties of the nanowire bundle array 300.
  • the method of manufacturing the nanowire bundle array according to the present embodiment may further include depositing a metal on the surface of the manufactured nanowire bundle array 300.
  • the metal can be changed according to the designer's intention. For example, at least one selected from the group consisting of gold, silver, titanium, platinum, titanium oxide and titanium nitride may be selected.
  • the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention manufactured through the above process can be utilized in various applications by changing the optical and chemical properties of the photoelectric device.
  • 6A to 6D illustrate morphologies formed by self-aggregation of at least one nanowire formed according to an etching time for pore expansion in a method of manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention.
  • a scanning cell microscope (SEM) image is shown.
  • FIG. 6A illustrates an etching time of 43 minutes
  • FIG. 6B illustrates an etching time of 44 minutes
  • FIG. 6C illustrates an etching time of 45 minutes
  • FIG. 6D illustrates an etching time of 46 minutes. It is.
  • the etching time for the expansion of the pores in which the base substrate is immersed in the phosphate solution as the etching solution is 43 to 46 minutes, respectively. You can see other morphologies.
  • FIG. 6A when performing an etching process for expanding pores for a relatively short etching time (43 minutes) as compared to FIGS. 6B to 6D (44 minutes to 46 minutes), a relative tensile strength having a strong tensile strength is shown.
  • the morphology consisting of thick nanowire aggregates can be identified.
  • a morphology was formed comprising nanowire aggregates with partially aggregated nanowires, having a lower packing density and a smaller cluster size.
  • a morphology including a plurality of bright-white nano-ridges and a plurality of nano-voids of a black region may be formed. there was.
  • nanowires to be denser and consequently, thinner nanowires produce relatively higher packing densities, larger cluster sizes, fewer nano-ridges and nano-wires compared to thicker nanowires.
  • morphologies were formed that included relatively more entangled nanowire aggregates.
  • Nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention can control the optical properties of the haze film through the control of the morphology described above.
  • the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention may be a haze film for controlling the transmission and diffusion of light to enhance the light efficiency of the photoelectric device.
  • the haze film is a film having the above-described optical haze characteristics
  • the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention may be a haze film, and the haze film is attached to the photoelectric device to pass through the haze film.
  • nanowire assembly 110 is attached to the adhesive substrate (not shown) and can be separated.
  • an adhesive substrate such as an adhesive tape can be used to separate the nanowire assembly from the base substrate used to form the nanowire assembly.
  • the separated nanowire aggregate may be attached to a photoelectric device and used as a haze film.
  • nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention described above is used as a haze film and attached to a photoelectric device will be described in detail below.
  • FIGS. 7A to 7D are schematic views of photographing a printing image through a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied, and illustrates a photographed image.
  • the nanowire bundle array may be utilized as a haze film, and may be attached onto the surface of an optoelectronic device such as an organic photovoltaic (OPV).
  • OLED organic photovoltaic
  • an alumina nanowire assembly may be separated from a base substrate such as an aluminum substrate using an adhesive tape such as a scotch tape and attached to the surface of the photoelectric device.
  • FIG. 7A illustrates a schematic diagram for capturing a printed image through a haze film to which a nanowire bundle array according to an exemplary embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 7A, a distance interval selected on a printed image is illustrated. Spaced to (d) to place a haze film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B illustrates a case where the printed image and the haze film contact each other
  • FIG. 7C illustrates a case where the distance d between the printed image and the haze film is 1.5 cm
  • FIG. 7D illustrates the printed image and the haze film. The case where the distance
  • FIGS. 8A and 8B show schematic images of experiments and images taken by experiments for evaluating transmission scattering characteristics of a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied.
  • laser light is transmitted to a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied using a laser.
  • the light transmitted through the haze film is diffused onto the screen and the image is irradiated using a camera.
  • the laser beam is transmitted to a haze film including a nanowire bundle array manufactured through an etching time for pore expansion for 43 minutes using a green laser having a wavelength of 532 nm, so that the light passing through the haze film
  • the case is shown to be diffused and irradiated on a white screen 20 cm away from the haze film.
  • the area indicated by the arrow indicates a haze film.
  • the laser beam passed through the haze film, the laser beam was highly scattered and diffused on the screen.
  • 9A to 9C are graphs showing total transmittance, diffuse transmittance, and haze characteristics of the haze film to which the nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIGS. 9A to 9C illustrate graphs of a haze film to which a nanowire bundle array according to an exemplary embodiment of the present invention having different haze values are applied, and measuring transmittance according to the wavelength of irradiated light.
  • the ratio occupied by the diffusion transmittance to the total transmittance is called haze.
  • Haze A to Haze D shown in Figures 9a to 9c is performed in 43 minutes, 44 minutes, 45 minutes and 46 minutes for the etching time for pore expansion during the manufacturing process of the nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention
  • the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is applied shows a high total transmittance of 85% to 96% in each case.
  • Figure 9b is a graph showing the diffusion transmittance characteristics of the haze film to which the nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention, referring to Figure 9b, the haze film shows a high diffusion transmittance of 35% to 85% .
  • FIG. 9C is a graph illustrating haze characteristics of a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the haze film exhibits a high haze value of 35% to 99%.
  • the diffusion transmittance characteristic and the haze characteristic can be adjusted by adjusting the aforementioned various process conditions.
  • FIGS. 11A to 11C are views of the organic solar cell of FIG. 10. A graph of the optical properties is shown.
  • FIG. 11A is a graph showing an absorption spectrum of an organic solar cell with or without a haze film to which a nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11B is attached or attached to the haze film.
  • Is a graph showing current density-voltage (JV) characteristics of an organic solar cell
  • FIG. 11C is a graph showing an external quantum efficiency (EQE) spectrum of an organic solar cell with or without a haze film. .
  • a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied is attached to a surface of glass disposed at the top of an organic solar cell.
  • Haze A to Haze C shown in Figure 11a to 11c is a case where the etching time for pore expansion during the process of manufacturing a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is 43 minutes, 44 minutes and 45 minutes respectively.
  • the absorption spectrum of the organic solar cell with a haze film to which the nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention is significantly reduced compared to the organic solar cell without the haze film. It became.
  • the nanowire bundle array included in the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is applied includes a plurality of nano-voids and a plurality of nano-ridges. Since the light passing through the haze film is highly scattered, the light path of the incident light is long.
  • the light absorption characteristic of the active layer of the organic solar cell is also enhanced by the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is applied.
  • the scattering center is strengthened more than the haze film including the relatively dense self-aggregated nanowire bundle array, thereby showing a relatively high diffusion transmittance. In addition, it showed a relatively high optical haze value.
  • a haze film having a relatively high optical haze value tends to promote light absorption characteristics of an organic solar cell more efficiently.
  • the haze film having a low degree of aggregation has a high haze value and the light of the light passing through the haze film.
  • the length of the path can be extended.
  • a current density-voltage value of an organic solar cell with a haze film to which a nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention is greater than that of an organic solar cell without a haze film attached thereto. It appeared low, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency is higher when the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is attached to an organic solar cell and used.
  • the EQE value of the organic solar cell with a haze film to which the nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention is higher than the EQE value of the organic solar cell without the haze film. Therefore, when the haze film is attached to the organic solar cell and used, it can be confirmed that the external quantum efficiency is better.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an experimental apparatus for quantitatively examining the propagation direction of diffused and transmitted light in a glass substrate of an organic solar cell to which a nanowire bundle array is applied according to an embodiment of the present invention.
  • 13A to 13C illustrate graphs of optical characteristics of diffusing and transmitting the glass substrate of the organic solar cell of FIG. 12.
  • FIG. 13A is a graph showing an angular distribution of light diffusing and transmitting through a glass substrate of an organic solar cell with or without a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is attached
  • FIG. 13B is FIG. 13C is a graph illustrating a result of measuring reflectance characteristics according to wavelengths of light diffused and transmitted through a glass substrate of an organic solar cell with or without a haze film attached thereto
  • FIG. 13C is an organic sun with or without a haze film attached thereto.
  • It is a graph showing the results of FDTD simulation of reflectance characteristics according to the wavelength of light diffusing and transmitting through the glass substrate of the battery.
  • a hemi-cylindrical prism with a haze film attached to a nanowire bundle array is used, using a photodetector fixed to a rotating arm, and a 532 nm green laser beam. Investigated.
  • the angle distribution of the laser beam transmitted through the haze film is determined. It could be measured.
  • the present invention is performed. It was confirmed that the glass substrate of the organic solar cell with a haze film to which the nanowire bundle array according to the example was applied was diffused and transmitted at a relatively larger angle than the glass substrate of the organic solar cell without the haze film. .
  • the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is applied may extend an optical path length of light incident to the active layer of the organic solar cell.
  • a single incident light in a normal direction to an area to which a haze film to which a nanowire bundle array according to an embodiment of the present invention is applied is not attached, and Simulation results according to scattered rays having a predetermined angle incident to a region to which the nanowire bundle array to which the nanowire bundle array according to the embodiment is applied is attached, and as shown in FIG. 13B, the nanowire according to the embodiment of the present invention. It was confirmed that the light absorption is high in the organic solar cell with the haze film to which the bundle array is applied.
  • FIG. 14A and 14B illustrate an example applied to the photoelectric device through the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention.
  • the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention may improve the efficiency of at least one or more of the photoelectric device, the photothermal device and the optical device by controlling the transmission and diffusion of light.
  • the nanowire aggregate 110 of the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 1A and 1B may be attached to and separated from the adhesive substrate 130.
  • the nanowire aggregate 110 may separate the nanowire aggregate 110 from the base substrate 120 used to form the nanowire aggregate 110 using an adhesive substrate 130 such as an adhesive tape. Can be.
  • the nanowire bundle array including the nanowire assembly 110 attached to the adhesive substrate 130 may be applied to glass, photoelectric devices, photothermal devices, and optical devices.
  • the nanowire bundle array may include a nanowire assembly 110 and a base substrate 120 supporting the nanowire assembly 110. It can be applied to photoelectric devices, photothermal devices, and optical devices to control the transmission and diffusion of light.
  • the haze film is coated on the light incidence surface of the photoelectric device to reduce reflection and increase the angle of incidence to the photoactive layer to increase the light path.
  • the haze film is coated on the light incidence surface of the photoelectric device to reduce reflection and increase the angle of incidence to the photoactive layer to increase the light path.
  • the haze film is coated on the light incidence surface of the photoelectric device to reduce reflection and increase the angle of incidence to the photoactive layer to increase the light path.
  • the spectral conversion layer for converting the solar wavelength in the unused wavelength region.
  • the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is applied, by coating a haze film on the surface of a light emitting device such as an LED, the light generated in the active layer is prevented from external extraction due to total reflection, thereby improving light Extraction efficiency can be increased, and additionally, by preventing light from being returned to the active layer from being absorbed again and changing into thermal energy, it is possible to prevent performance degradation of the device due to heat generation.
  • the haze film to which the nanowire bundle array according to the embodiment of the present invention is applied has anti-fingerprint characteristics, and can be used in various forms such as computer displays, navigation, touch displays used in smartphone devices, glass of museums and galleries, and the like. Can be utilized.

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Abstract

본 발명의 실시예들은 광전 소자 시스템 및 광학 시스템의 광 특성을 향상시키기 위한 옵티컬 헤이즈의 제어가 가능한 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제시한다.

Description

나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법
본 발명의 실시예들은 모폴로지의 제어를 통해 입사되는 광의 광 경로에 대한 제어가 가능한 나노와이어 번들 어레이, 옵티컬 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이나 윈도우의 광학 및 열적 특성을 제어하는 것은 효율적인 조명 시스템 또는 광전자 소자의 성능을 향상시키기 위해서 광 관리 전략(light management strategies)으로서 주요한 요소가 된다.
광전 소자의 내외부로 입사되는 광을 효율적으로 모으고 전파 및 산란시키기 위한 장치의 구현을 위하여 다양한 형태와 종류의 나노구조체가 연구되어 왔다. 유전체 기반의 나노구조들은 금속 기반의 나노구조에서 자주 발생하는 기생 흡수(parasitic absorption)에 의한 손실이 발생하지 않을 뿐 아니라 소자의 전기적 특성에도 거의 영향을 미치지 않기 때문에, 효율적이고 설계가 간편한 빛 흐름 제어 기술로서 각광받고 있다.
한편, 2014년 미국 메릴랜드 대학의 연구진은 목재를 구성하는 성분인 마이크로미터 크기의 지름의 셀룰로오스 섬유의 화학적 처리를 통해 패킹밀도(packing density)가 높은 투명한 종이를 만들고, 이를 기반으로 하는 고성능 광확산 필름을 제작하였다.
이러한 투명 종이 기반의 광 확산 필름의 경우, 수십 마이크로미터 이상의 비교적으로 두꺼운 두께를 가지며, 목재의 셀룰로오스 섬유 기반의 종이를 주된 성분으로 하고 있어, 고온 환경에서 쉽게 변형될 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 전술한 투명 종이 기반의 광확산 필름의 제조방법으로 빛을 산란시키는 헤이즈(haze) 물질을 만드는 경우, 화학물 처리를 하거나 기계로 압착하는 방식 등을 사용하여 고위험 화학물질이 사용되거나 고가의 장비가 필요하다는 문제점을 가지고 있었다.
이에, 광전자 시스템 또는 광학 시스템의 성능을 향상시키기 위한 광 특성을 제어하는 기술에 대한 수요가 점차 증가하고 있다.
본 발명의 실시예들은 광전 소자 시스템 및 광학 시스템의 특성을 향상시키기 위한 총 투과율, 확산 투과율 및 옵티컬 헤이즈 중 적어도 하나 이상의 광 특성의 제어가 가능한 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 나노와이어 집합체의 모폴로지 제어를 통해 광 경로의 제어를 통한 광전 소자 시스템 및 광학 시스템의 광 특성을 향상시키는 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 얇은 두께를 가지면서도 우수한 광 특성을 갖는 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 고온 환경에서도 변형되지 않는 내열성의 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 99% 이상의 높은 헤이즈 수치를 보이며 85% 이상의 높은 투과율 특성을 보이는 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 경제적이고 안전한 물질의 사용과 더불어 쉬운 습식 식각 방식으로 제조되어 생산비용이 절감되는 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 적어도 하나 이상의 나노와이어로 구성되는, 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지(morphology)를 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 다수개가 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 모폴로지의 제어를 통해 입사되는 광의 광 경로를 제어한다.
상기 모폴로지는 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력(capillary force)에 의해 자가응집(self-aggregated)되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어 간 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력(capillary force)에 의해 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서(bending toward) 응집되어 형성될 수 있다.
상기 나노와이어 번들 어레이는 복수의 나노-보이드(nano-void) 및 복수의 나노-리지(nano-ridge)를 포함하는 모폴로지에 기반하여 상기 광의 산란(scattering)의 제어를 통한 옵티컬 헤이즈(optical haze)를 가질 수 있다.
상기 모폴로지는 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어로 구성되는 노와이어 집합체 단위의 펀넬 구조(funnel structure)를 포함하고, 상기 펀넬 구조는 마이크로스케일(microscale) 크기로 형성되어 마이크로 스케일(microscale)의 이격 거리로 다수개가 배치될 수 있다.
상기 모폴로지는 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나는 임의의 방향으로 쓰러지고, 다른 나노와이어에 의하여 지지되어 형성될 수 있다.
상기 모폴로지는 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 적어도 하나는 휘어진 상태로 다른 나노와이어와 결합되어 형성될 수 있다.
상기 모폴로지는 상기 나노와이어 집합체의 상단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 뭉쳐져 있고, 상기 나노와이어 집합체의 하단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 서로 이격 배치되어 형성될 수 있다.
상기 나노와이어 집합체는 점착 기판의 상부에 부착되어 분리할 수 있다.
상기 나노와이어 번들 어레이는 상기 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자 중 적어도 하나 이상의 효율을 증진시킬 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 나노와이어는 알루미나(Al2O3) 및 이산화티탄(TiO2) 중 어느 하나의 재질일 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 각각의 길이는 100nm 내지 50μm일 수 있고, 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 각각의 굵기는 10nm 내지 70nm일 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 각각의 일단 사이의 간격은 500nm 이하일 수 있다.
상기 나노와이어 집합체의 높이는 100nm 내지 30μm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 베이스기판; 및 상기 베이스기판 상에 다수개가 소정 간격 이격되어 배치되는 나노와이어 집합체를 포함하고, 상기 나노와이어 집합체는 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하며, 상기 베이스기판과 접촉하는 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 갖는다.
상기 모폴로지는 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력(capillary force)에 의해 자가응집(self-aggregated)되어 형성될 수 있다.
상기 모폴로지는 상기 나노와이어 집합체의 상단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 뭉쳐져 있고, 상기 나노와이어 집합체의 하단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 서로 이격 배치되어 형성될 수 있다
상기 나노와이어 번들 어레이는 상기 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자 중 적어도 하나 이상의 효율을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 베이스기판에 전해연마를 실시하는 단계; 상기 베이스기판에 대해 양극산화하여 상기 베이스기판 상에 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 포어(pore)를 확장시키는 단계; 상기 포어가 확장된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 자가응집(self-aggregated) 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지(morphology)를 갖는 나노와이어 집합체를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 모폴로지를 갖는 나노와이어 집합체를 형성하는 상기 단계는, 상기 포어가 확장되어 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어 간 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력(capillary force)에 의해 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서(bending toward) 응집되어 형성된 상기 모폴로지를 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 광전 소자 시스템 및 광학 시스템의 특성을 향상시키기 위한 총 투과율, 확산 투과율 및 옵티컬 헤이즈 중 적어도 하나 이상의 광 특성의 제어가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 광전 소자 시스템 및 광학 시스템의 광 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 얇은 두께를 가지면서도 우수한 광 특성을 갖는 나노와이어 번들 어레이, 광대역의 초고성능 옵티컬 필름 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 고온 환경에서도 변형되지 않는 내열성을 갖는 나노와이어 번들 어레이를 포함하는 광대역의 초고성능 옵티컬 필름을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 99% 이상의 높은 헤이즈 수치를 보이며 85% 이상의 높은 투과율 특성을 보이는 나노와이어 번들 어레이를 포함하는 광대역의 초고성능 옵티컬 필름을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 경제적이고 안전한 물질의 사용과 더불어 쉬운 습식 식각 방식으로 제조되어 생산비용이 절감되는 나노와이어 번들 어레이를 포함하는 광대역의 초고성능 옵티컬 필름을 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 모폴로지가 형성되는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어 및 나노와이어 집합체에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법을 나타내는 흐름도를 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 재질의 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법에 대한 모식도를 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법에서의 포어 확장을 위한 식각 시간에 따라 형성되는 적어도 하나 이상의 나노와이어의 자가 응집되어 형성되는 모폴로지를 설명하기 위해 도시한 주사전지현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 통해 프린팅 이미지를 촬영하는 모식도와, 촬영된 이미지를 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 투과 산란 특성을 평가하기 위한 실험의 모식도 및 실험으로 촬영된 이미지를 도시한 것이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 총 투과율(total transmittance), 확산 투과율(diffuse transmittance) 및 헤이즈(haze) 특성을 각각 도시한 그래프이다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 광학 특성을 평가하기 위한 모식도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 10의 모식도에서의 유기태양전지의 광학 특성에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 글래스 기판에서의 확산 투과된 광의 전파 방향(propagation direction)을 정량적으로 조사하기 위한 실험 장치의 모식도이다.
도 13a 내지 도 13c는 도 12 에서의 유기태양전지의 글래스 기판을 확산 및 투과하는 광 특성에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 통한 광전 소자에 적용된 예를 도시한 것이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 양역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이(100)는 나노와이어 집합체(110)를 포함한다.
나노와이어 집합체(110)는 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)로 구성되고, 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지(morphology)를 포함한다.
상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어(111) 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력(capillary force)에 의해 자가응집(self-aggregated)되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어 간 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력에 의해 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서(bending toward) 응집되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어는 정렬된(well-aligned) 배치 구조를 가질 수 있다.
실시예에 따라, 상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어(111) 중 어느 하나는 임의의 방향으로 쓰러지고, 다른 나노와이어에 의하여 지지되어 결합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어(111) 중 적어도 하나는 휘어진 상태로 다른 나노와이어와 결합되어 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 모폴로지는 나노와이어 집합체(110)에 포함되는 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 적어도 하나(111)는 유연성을 가져, 휘어진 상태로 다른 나노와이어와 결합됨으로써 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 적어도 하나 이상의 나노와이어(111) 중 적어도 어느 하나는 유연성을 가지는 재질로 이루어지고, 상기 적어도 어느 하나의 나노와이어는 유연성 때문에 휘어진 상태로 다른 나노와이어에 기대고 있는 모폴로지를 형성할 수 있다.
또한, 상기 모폴로지는 나노와이어 집합체(110)의 상단은 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)가 뭉쳐져 있고, 나노와이어 집합체의 하단은 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)가 서로 이격 배치되어 형성될 수도 있다.
실시예에 따라 나노와이어 번들 어레이(100)는 복수의 나노-보이드(nano-void) 및 복수의 나노-리지(nano-ridge)를 포함하는 모폴로지에 기반하여 광의 산란(scattering)의 제어를 통한 옵티컬 헤이즈(optical haze)를 가질 수 있다.
여기서, 옵티컬 헤이즈란 나노와이어 번들 어레이를 통과하는 빛의 총 투과율 중 확산 투과율이 차지하는 비율로서, 효율적인 광학 및 광전 소자의 개발을 위해 고려해야 하는 가장 중요한 설계 인자 중 하나이다. 전술한 복수의 나노-보이드 및 복수의 나노-리지는, 후술할 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 다시 설명하기로 한다.
또한, 상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어로 구성되는 나노와이어 집합체 단위의 펀넬 구조(funnel structure)를 포함하고, 펀넬 구조는 마이크로스케일(microscale) 크기로 형성되어 마이크로 스케일(microscale)의 이격 거리로 다수개가 배치되는 구조를 포함할 수 있다.
또한, 나노와이어 번들 어레이(100)는 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자 중 적어도 하나 이상의 효율을 증진시킬 수 있다.
예를 들어, 나노와이어 번들 어레이(100)는 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자의 광 효율을 증진시키는 헤이즈 필름(haze film)일 수 있다.
상기 헤이즈 필름은 전술한 옵티컬 헤이즈의 특성을 가지고 있는 필름으로서, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 헤이즈 필름일 수 있고, 상기 헤이즈 필름을 광전 소자에 부착하여 사용함으로써, 헤이즈 필름을 통과하는 광의 투과율 및 확산 투과율을 제어하여 광전 소자의 광 효율을 증진시킬 수 있다.
또한, 나노와이어 집합체(110)는 점착 기판(미도시)에 부착되어 분리 가능하다.
예를 들면, 점착 테이프와 같은 점착성 기판을 이용하여 나노와이어 집합체(110)를 형성하기 위해 사용했던 베이스 기판(120)으로부터 나노와이어 집합체(110)를 분리할 수 있다.
또한, 분리한 나노와이어 집합체(110)는 광전 소자에 부착하여 헤이즈 필름으로 사용될 수도 있다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이(100)는 나노와이어 집합체(110)를 지지하는 베이스기판(120)을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라 베이스기판(120)은 알루미늄 재질일 수 있고, 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)는 알루미나 재질일 수 있으나, 베이스 기판(120) 및 나노와이어(111)는 전술한 재질에 한정되지 않고, 제조 방법에 따라 다양한 재질로 형성될 수 있다.
또한, 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)는 유전체 물질일 수 있고, 예를 들어, 이산화티탄(TiO2)일 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 적용 어플리케이션에 따라 광에 대한 투과 및 확산이 가능한 물질이면 사용 가능하다.
또한, 나노와이어 집합체(110)의 높이는 100nm 내지 30μm일 수 있고, 나노와이어 집합체(110)의 능선 사이의 간격은 1μm 내지 70μm일 수 있다.
적어도 하나 이상의 나노와이어(111)는 알루미나 재질일 수 있고, 하나 이상의 나노와이어(111)의 각각의 길이는 100nm 내지 50μm일 수 있다.
또한, 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)의 각각의 굵기는 10nm 내지 70nm일 수 있으며, 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)의 각각의 일단 사이의 간격은 500nm 이하일 수 있다.
또한, 실시예에 따라 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)는 길이 방향으로 삼각형의 단면을 가지는 삼각기둥형상일 수 있으나, 그 제조 방법에 따라 다양한 형상을 가질 수도 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 전술한 나노와이어 번들 어레이의 모폴로지가 형성되는 과정을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 모폴로지가 형성되는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 집합체는 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 집합체는 베이스기판에 대해 2차에 걸친 양극산화를 통하여 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성한 후(도 2의 (a) 참고), 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 포어(pore)를 확장시킨 후(도 2의 (b) 참고), 포어가 확장되어 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 자가응집(self-aggregated) 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 나노와이어 집합체는 베이스기판에 대해 2차에 걸친 양극산화를 통하여 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 것으로 도시되어 있지만, 적어도 하나 이상의 나노와이어는 정렬(well-aligned)되지 않은 불규칙적인 배치 구조를 가질 수도 있다.
도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 모폴로지는 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력에 의한 자가응집을 통하여 형성될 수 있다.
예를 들면, 수직으로 형성된 적어도 하나 이상의 나노와이어 사이에 액체가 존재하는 경우 액체 분자들의 응집력(cohesive force)과, 액체 및 모세관벽 사이의 부착력(adhesive force)이 서로 상호작용함으로써 발생하는 모세관력에 의해 자가응집 현상이 발생할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명의 실시예에 의한 모폴로지는 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어 사이에서 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력이 작용하여, 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서 응집되어 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어 및 나노와이어 집합체에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 도 2에서 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 모폴로지가 형성되기 전의 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어가 도시된 것을 확인할 수 있고, 도 3b를 참조하면, 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력에 의해 자가응집되어 형성된 모폴로지를 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법을 나타내는 흐름도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 단계 S410에서 베이스기판에 전해연마를 실시한다.
단계 S420에서 베이스기판에 대해 제1 양극산화를 수행한다.
이후, 단계 S430에서 제1 양극산화된 베이스기판에 대한 습식 식각을 실시한다.
단계 S440에서 습식 식각된 베이스기판에 대해 제2 양극산화하여 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성한다.
상기 단계 S420 내지 상기 단계 S440에서 두 번의 양극산화를 거쳐 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성할 수 있지만, 실시예에 따라서는 한 번의 양극산화를 거쳐 정렬(well-aligned) 되지 않은 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성할 수도 있다.
이후, 단계 S450에서 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 포어를 확장시킨다.
단계 S460에서 포어가 확장되어 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 자가응집 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 갖는 나노와이어 집합체를 형성한다.
실시예에 따라 상기 단계 S460은 상기 포어가 확장되어 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어 간 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력에 의해 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서 응집되어 형성된 상기 모폴로지를 형성하는 단계일 수 있다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 재질의 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법에 대한 모식도를 도시한 것이다.
이하에서 설명되는 도 5a 내지 도 5f에 도시된 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법에서, 베이스기판 및 적어도 하나 이상의 나노와이어의 재질을 알루미늄 및 알루미나(alumina)로 한정하여 설명하기로 한다.
그러나, 베이스기판 및 적어도 하나 이상의 나노와이어의 재질은 알루미늄 및 알루미나에 한정하는 것은 아니고, 상기 베이스기판과 적어도 하나 이상의 나노와이어는 서로 다른 재질일 수도 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어는 상기 베이스기판 재질과 상이한 산화물일 수도 있다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 알루미늄 재질로 구성된 베이스기판(210)을 과염소산 및 에탄올을 혼합한 혼합용액(220)에 담가 전해연마를 실시한다.
이를 통하여 과염소산 및 에탄올의 혼합용액(220)을 이용하여 베이스기판(210)을 전해연마 시킴으로써 베이스기판(210) 상에 전처리된 평평한(smooth) 표면을 얻을 수 있다.
과염소산 및 에탄올의 혼합용액(220)은 다양한 비율로 혼합되어 제조될 수 있고, 과염소산 및 에탄올의 부피비는 1:4인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄재질의 베이스기판(210)은 순도 99.99%인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 과염소산 및 에탄올의 혼합용액(220)에 베이스기판(210)을 담근 상태에서 15V 내지 25V의 전압을 인가할 수 있다.
상기 전압의 인가 시간은 3분 내지 10분일 수 있다. 3분 미만의 인가 시간의 경우 베이스기판(210)의 표면은 충분하게 평탄하지 못하게 되고, 10분 초과의인가 시간의 경우, 베이스기판(210)의 표면은 과처리되어 불균일한 표면일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 도 5a에서의 베이스기판(210)에 대해 제1 양극산화를 실시한다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 도 5a가 수행된 베이스기판(210)에 양전극을 연결하고 백금(Pt) 재질의 전극기판(230)에 음전극을 연결한 상태로 전해액인 옥살산 용액(240)에 담근 후, 소정 크기의 전압을 인가하여 베이스기판(210)을 제1 양극산화 시킬 수 있다.
옥살산 용액(240)은 0.3M 농도의 옥살산 용액이 바람직하고, 베이스기판(210)과 전극기판(230)에 인가되는 전압은 35V 내지 45V가 바람직하며, 보다 바람직하게는 40V 일 수 있다.
또한, 옥살산 용액(240)의 온도에 따라서 베이스기판(210)에 생성되는 양극산화 알루미늄(250, anodic aluminum oxide, AAO)의 성장속도, 기공 크기 및 균일도가 달라지므로, 옥살산 용액(240)은 0℃ 내지 15℃의 온도로 설정되는 것이 바람직하다.
옥살산 용액(240)의 온도가 전술한 언급한 온도 범위 내에 있을 경우, 양극산화 알루미늄(250)의 균일도가 가장 안정적일 수 있다. 또한, 양극산화 실시시간은 6시간 내지 30시간 정도가 바람직하다.
도 5b에 도시된 바와 같이 전술한 과정을 거쳐 베이스기판(210)의 표면에는 벌집 형상(hexagonal array)의 90 nm 내지 110 nm의 간격을 갖는 포어를 갖는 양극산화 알루미늄(250, anodic aluminum oxide; AAO)이 형성된다.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 도 5b에서의 제1 양극산화된 베이스기판(210)에 대한 습식 식각을 실시한다.
예를 들어, 크롬산과 인산의 혼합용액인 식각용액(260)을 준비한 후, 식각용액(260)에 선정된 시간 동안 베이스기판(120)을 담가 베이스기판(120)을 식각할 수 있다.
식각용액(260)은 다양한 비율로 제조될 수 있으나, 바람직하게는 1.8%의 크롬산과 6%의 인산을 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 식각용액(260)은 70℃ 내지 80℃의 온도로 설정되는 것이 바람직하고, 베이스기판(120)의 식각 시간은 3시간 내지 5시간이 바람직하다.
도 5c에 도시된 바와 같이 베이스기판(210)의 표면에는 양극산화 알루미늄(250, anodic aluminum oxide; AAO)이 제거되고, 벌집모양의 균일한 간격의 오목한 홈이 존재하게 된다.
도 5d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 도 5c에서 습식 식각된 베이스기판에 대해 제2 양극산화하여 정렬된 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성한다.
예를 들어, 습식 식각을 거친 베이스기판(210)에 양전극을 연결하고 백금(Pt) 재질의 전극기판(230)에 음전극을 연결한 상태로 전해액인 옥살산 용액(240)에 담근 후, 소정 크기의 전압을 인가하여 베이스기판(210)을 제2 양극산화할 수 있다.
도 5d에서의 제2 양극산화 프로세스 조건은 도 5b에서의 제1 양극산화 프로세스의 조건과 동일하며, 양극산화 실시 시간을 달리 조절하여 베이스기판(210) 표면상에 형성되는 양극산화 알루미늄 나노와이어(250)의 길이를 조절할 수 있다.
예를 들면, 도 5b에서의 제1 양극산화 프로세스의 조건과 동일한 환경 하에 양극산화 실시 시간을 1분 내지 10시간 범위 내로 조절하는 경우, 양극산화 알루미늄 나노와이어(250)의 길이를 100nm 내지 50μm까지 조절할 수 있다.
보다 상세하게는 옥살산 용액(240)의 온도가 10℃인 경우, 1시간에 5μm의 길이로 알루미늄 나노와이어의 길이가 성장하므로, 시간에 따른 성장 길이 비율을 고려하여 적절하게 양극산화 실시 시간을 조절할 수 있다.
도 5d에 도시된 바와 같이 베이스기판(210)의 표면에는 벌집 형상으로 정렬된 양극산화 알루미늄 나노와이어(250)가 형성된다.
도 5e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 도 5d에서 정렬된 적어도 하나 이상의 양극산화 알루미늄 나노와이어에 대한 포어를 확장시킨다.
예를 들면, 도 5e는 양극산화 알루미늄 나노와이어(250)의 포어의 크기를 균일하게 넓히는 단계일 수 있고, 도 5d의 제2 양극산화 프로세스를 거친 베이스기판(210)을 인산용액(270)에 담가 포어가 확장된 양극산화 알루미늄 나노와이어(280)를 형성할 수 있다
인산용액(270)은 5중량% 농도의 인산용액인 것이 바람직하고, 인산용액(270)은 25℃ 내지 45℃의 온도로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 도 5e에서의 인산용액(270)에 베이스기판(210)을 담그는 시간은 15분 내지 60분이 바람직하고, 인산용액(270)의 온도를 40℃ 내지 45℃ 범위 내의 온도로 설정하는 경우, 인산용액(270)에 베이스기판(210)을 담그는 시간을 18분 내지 24분으로 단축시킬 수 있다.
실시예에 따라, 인산용액(270)에 베이스기판(210)을 담근 상태에서 인산용액(270)을 교반시켜 인산용액(270)을 균일하게 섞어주면 더욱 효과적으로 포어를 확장시킬 수 있다. 이 경우, 교반하는 속도는 300 rpm 내지 800rpm 범위 내의 속도가 바람직하다.
도 5f를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법은 모폴로지를 갖는 나노와이어 집합체를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 포어가 확장되어 정렬된 적어도 하나 이상의 양극산화 알루미늄 나노와이어에 대한 자가응집 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 갖는 나노와이어 집합체를 형성할 수 있다.
실시예에 따라 포어가 확장되어 정렬된 적어도 하나 이상의 양극산화 알루미늄 나노와이어 간 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력에 의해 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서 응집되어 형성된 모폴로지를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로는 전술한 도 5f의 과정은 베이스기판(210)을 세척 및 건조 프로세스를 통하여 이루어질 수 있다. 세척 공정에 사용되는 세척액은 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 및 초임계 유체(supercritical fluid)로 구성된 그룹에서 적어도 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
예를 들어, 도 5e의 포어가 확장된 양극산화 알루미늄 나노와이어(280)는, 세척 및 건조 프로세스를 통하여 양극산화 알루미늄 나노와이어(280) 사이에 존재하는 액체의 모세관력에 의해 자가응집 현상이 일어나, 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 갖는 나노와이어 집합체(310)를 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 적어도 하나 이상의 양극산화 알루미늄 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서 응집되어 상기 모폴로지를 형성할 수 있다.
또한, 세척 공정에 사용되는 세척액을 물에서 에탄올, 메탄올 또는 이소프로판올로 변경하게 되면, 각각의 모세관력이 다르기 때문에 응집력이 달라져, 결과적으로 알루미나 나노와이어(280)의 구조를 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 표면장력이 거의 없는 초임계 유체를 세척액으로 사용할 경우, 균일한 구조를 갖는 양극산화 알루미늄 나노와이어(280) 구조를 제조할 수 있다.
양극산화 알루미늄 나노와이어(280) 또는 나노와이어 집합체(310)에 대한 구조 변화는 나노와이어 번들 어레이(300)의 광학적 특성을 변경시킬 수 있다.
실시예에 따라서는, 본 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조방법은, 제조완료된 나노와이어 번들 어레이(300)의 표면 상에 금속을 증착시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 금속은 설계자의 의도에 따라 변경 가능하다. 예를 들어, 금, 은, 티타늄, 백금, 산화 티타늄 및 질화 티타늄으로 구성된 그룹에서 적어도 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
전술한 과정을 통하여 제조된 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 광전 소자의 광학 및 화학적 특성을 변화시켜 다양한 응용분야에 활용 가능하다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법에서의 포어 확장을 위한 식각 시간에 따라 형성되는 적어도 하나 이상의 나노와이어의 자가 응집되어 형성되는 모폴로지를 설명하기 위해 도시한 주사전지현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 도 6a는 포어 확장을 위한 식각 시간이 43분이고, 도 6b는 상기 식각 시간이 44분이며, 도 6c는 상기 식각 시간이 45분이고, 도 6d는 상기 식각 시간이 46분인 경우를 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6d 를 참조하면, 식각 용액인 인산용액에 베이스기판을 담가두는 포어 확장을 위한 식각 시간이 43분 내지 46분에 따라 양극산화 알루미늄 나노와이어가 각각 다른 두께와 자가 응집되어 형성되는 각각 다른 모폴로지를 확인할 수 있다.
도 6a에 도시된 이미지를 참조하면, 도 6b 내지 도 6d(44분 내지 46분)에 비해 비교적 짧은 식각 시간(43분) 동안의 포어 확장을 위한 식각 처리를 하는 경우, 강한 인장 강도를 갖는 상대적으로 두꺼운 나노와이어 집합체로 구성되는 모폴로지를 확인할 수 있다.
도 6a의 경우, 낮은 패킹 밀도(lower packing density) 및 작은 클러스터 사이즈(smaller cluster size)를 가지는, 부분 응집된(partially aggregated) 나노와이어를 갖는 나노와이어 집합체를 포함하는 모폴로지가 형성되었다.
또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 밝은 화이트(bright white)의 복수의 나노-리지(nano-ridge) 및 블랙 영역의 복수의 나노-보이드(nano-void)를 포함하는 모폴로지가 형성됨을 확인할 수 있었다.
반면, 도 6d에 도시된 이미지를 참조하면, 도 6a 내지 도 6c(43분 내지 45분)에 비해 상대적으로 긴 식각 시간(46분) 동안 포어 확장을 위한 식각 처리를 하는 경우, 고종횡비(larger aspect ratio) 및 기계적 유연성(enlarged mechanical flexibility)을 갖는 모폴로지가 형성되었다.
상기 기계적 유연성은 나노와이어가 더 밀집되도록 하고, 결과적으로, 더 얇은 나노와이어는 두꺼운 나노와이어와 비교하여, 상대적으로 높은 패킹 밀도, 더 큰 클러스터 사이즈, 더 적은 수의 나노-리지 및 나노-와이어를 가져, 상대적으로 더 얽힌(entangled) 나노와이어 집합체를 포함하는 모폴로지가 형성되었다.
상기 모폴로지의 차이는 헤이즈 필름의 광학 특성에 영향을 미친다. 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 전술한 모폴로지의 제어를 통하여 헤이즈 필름의 광학 특성을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자의 광 효율을 증진시키는 헤이즈 필름일 수 있다.
상기 헤이즈 필름은 전술한 옵티컬 헤이즈의 특성을 가지고 있는 필름으로서, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 헤이즈 필름일 수 있고, 상기 헤이즈 필름을 광전 소자에 부착하여 사용함으로써, 헤이즈 필름을 통과하는 광의 투과율 및 확산 투과율을 제어하여 광전 소자의 광 효율을 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 집합체(110)는 점착 기판(미도시)에 부착되어 분리 가능하다.
예를 들면, 점착 테이프와 같은 점착성 기판을 이용하여 나노와이어 집합체를 형성하기 위해 사용했던 베이스 기판으로부터 나노와이어 집합체를 분리할 수 있다. 상기 분리한 나노와이어 집합체는 광전 소자에 부착하여 헤이즈 필름으로 사용될 수도 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 헤이즈 필름으로서 사용하고, 광전 소자에 부착하여 사용하는 실시예를 이하 상세히 설명하기로 한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 통해 프린팅 이미지를 촬영하는 모식도와, 촬영된 이미지를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따라 나노와이어 번들 어레이를 헤이즈 필름으로서 활용할 수 있고, 유기태양전지(organic photovoltaic, OPV)와 같은 광전 소자의 표면 상에 부착될 수 있다.
예를 들어, 스카치 테이프와 같은 점착성 테이프를 이용하여 알루미늄기판과 같은 베이스기판으로부터 알루미나 나노와이어 집합체를 분리하여 광전 소자의 표면에 부착할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 통해 프린팅 이미지(printed image)를 촬영하기 위한 모식도를 도시한 것으로서, 도 7a를 참조하면, 프린팅 이미지 상에 선정된 거리 간격(d)으로 이격 시켜 본 발명의 실시예에 따른 헤이즈 필름을 배치시킨다.
도 7b는 프린팅 이미지와 헤이즈 필름이 서로 접촉한 경우를 도시한 것이고, 도 7c는 프린팅 이미지와 헤이즈 필름 간의 거리 간격(d)이 1.5cm인 경우를 도시한 것이며, 도 7d는 프린팅 이미지와 헤이즈 필름 간의 거리 간격(d)이 3.0cm인 경우를 도시한 것이다.
도 7b 내지 도 7d를 참조하면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 프린팅 이미지에 헤이즈 필름을 접촉시키는 경우(d=0, contact), 선명한 프린팅 이미지를 관찰할 수 있었다. 즉, 높은 광 투명도를 갖는 헤이즈 필름을 구현할 수 있었다.
반면, 헤이즈 필름을 프린팅 이미지로부터 선정된 거리 간격이 커질수록, 헤이즈 필름으로 입사하여 투과하는 광이 산란됨으로써, 흐릿하게 촬영된 프린팅 이미지를 관찰할 수 있었다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 투과 산란 특성을 평가하기 위한 실험의 모식도 및 실험으로 촬영된 이미지를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 도 8a를 참조하면, 도 7b 내지 7d에서 관찰한 빛의 산란을 시각화하기 위해, 레이저를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름에 레이저 빛을 투과시켜, 헤이즈 필름을 투과한 빛이 스크린에 확산되어 조사된 이미지를 카메라를 이용하여 촬영한 것이다.
구체적으로는 532nm 파장을 갖는 녹색 레이저를 이용하여 43분 동안의 포어 확장을 위한 식각 시간을 거쳐 제조된 나노와이어 번들 어레이를 포함하고 있는 헤이즈 필름에 레이저 빛을 투과시켜, 헤이즈 필름을 투과한 빛이 헤이즈 필름으로부터 20cm 이격된 흰색 스크린에 확산되어 조사된(irradiated) 경우를 도시한 것이다.
도 8b를 참조하면, 화살표로 표시된 영역이 헤이즈 필름을 나타낸다. 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 레이저 빔은 헤이즈 필름을 통과한 후, 스크린 상으로 고도 산란(highly scattering) 및 확산됨을 확인할 수 있었다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 총 투과율(total transmittance), 확산 투과율(diffuse transmittance) 및 헤이즈 특성을 각각 도시한 그래프이다.
보다 상세하게는 도 9a 내지 도 9c는 각각 다른 헤이즈 값을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 준비하여 조사광의 파장에 따른 투과율을 측정한 그래프를 도시한 것이다.
전술한 바와 같이 총 투과율에 대한 확산 투과율이 차지하는 비율을 헤이즈라고 한다.
도 9a 내지 도 9c에 표시된 Haze A 내지 Haze D는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 제조하는 과정 중 포어 확장을 위한 식각 시간이 각각 43분, 44분, 45분 및 46분으로 실시한 경우로서, 도 9a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름은 각각의 경우에서 85% 내지 96%의 높은 총 투과율을 보인다.
또한, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 확산 투과율 특성을 나타낸 그래프로서, 도 9b를 참조하면, 헤이즈 필름은 35% 내지 85%의 높은 확산 투과율을 보인다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 헤이즈 특성을 도시한 그래프로서, 도 9c를 참조하면, 상기 헤이즈 필름은 35% 내지 99%의 높은 헤이즈 값을 보인다.
상기 확산 투과율 특성 및 헤이즈 특성은 전술한 바와 같이 전술한 여러 공정조건을 조절함으로써 조절이 가능하다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 광학 특성을 평가하기 위한 모식도이고, 도 11a 내지 도 11c는 도 10의 모식도에서의 유기태양전지의 광학 특성에 대한 그래프를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착되거나 부착되지 않은 유기태양전지의 흡수 스펙트럼을 나타내내는 그래프이고, 도 11b는 상기 헤이즈 필름이 부착되거나 부착되지 않은 유기태양전지의 전류밀도-전압(J-V) 특성을 나타내는 그래프이며, 도 11c는 상기 헤이즈 필름이 부착되거나 부착되지 않은 유기태양전지의 EQE(external quantum efficiency, 외부 양자 효율) 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 10를 참조하면, 유기태양전지의 구성 중 최상단에 배치된 글래스(glass)의 표면 상에 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 부착하였다.
도 11a 내지 도 11c에 표시된 Haze A 내지 Haze C는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 제조하는 과정 중 포어 확장을 위한 식각 시간이 각각 43분, 44분 및 45분으로 실시한 경우이다.
도 11a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 흡수 스펙트럼은 헤이즈 필름이 부착되지 않은 유기태양전지에 비해 흡수 스펙트럼의 변동이 현저하게 감소되었다.
또한, 도 11a에 도시된 바와 같이 흡수 스펙트럼의 골(valley)에서의 흡수가 증가되었다. 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 통하여 유기태양전지의 광 흡수력을 향상시킬 수 있었다.
보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름에 포함된 나노와이어 번들 어레이는 복수의 나노-보이드(nano-void) 및 복수의 나노-리지(nano-ridge)를 포함하고 있기 때문에, 헤이즈 필름을 투과하는 광이 높은 산란을 하게 되고, 결국 입사된 광의 광 경로가 길어지게 된다.
이에 따라, 유기태양전지의 활성층(active layer)에서의 광 흡수 특성도 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름에 의해 강화된다.
또한, 부분 자가응집된 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름의 경우, 상대적으로 밀집된 자가응집된 나노와이어 번들 어레이를 포함하는 헤이즈 필름보다 산란 센터(scattering center)가 강화되어, 상대적으로 높은 확산 투과율을 보일 뿐만 아니라, 상대적으로 높은 옵티컬 헤이즈 값을 보였다.
예를 들어, 도 11a에 나타내는 바와 같이, 상대적으로 높은 옵티컬 헤이즈 값을 갖는 헤이즈 필름은, 더 효율적으로 유기태양전지에 대한 광 흡수 특성을 촉진하는 경향이 있음을 확인할 수 있다.
본 실시예에서 유기태양전지의 구조 및 재료 특성은 헤이즈 필름의 헤이즈 값을 제외하고는 동일하기 때문에, 응집도(degree of aggregation)가 낮은 헤이즈 필름이 높은 헤이즈 값을 가지고, 헤이즈 필름을 투과하는 광의 광 경로의 길이를 연장할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 전류밀도-전압 값이 헤이즈 필름이 부착되지 않은 유기태양전지의 전류밀도-전압 값보다 낮게 나타났으며, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름을 유기태양전지에 부착하여 사용했을 때가 광전변환효율이 더 높은 것을 확인할 수 있다.
도 11c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 EQE 값이 헤이즈 필름이 부착되지 않은 유기태양전지의 EQE 값보다 높게 나타났으며, 이에 따라 헤이즈 필름을 유기태양전지에 부착하여 사용했을 때가 외부 양자 효율이 더 좋은 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 글래스 기판에서의 확산 투과된 광의 전파 방향(propagation direction)을 정량적으로 조사하기 위한 실험 장치의 모식도이고, 도 13a 내지 도 13c는 도 12에서의 유기태양전지의 글래스 기판을 확산 및 투과하는 광 특성에 대한 그래프를 도시한 것이다.
보다 상세하게는 도 13a는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착되거나 부착되지 않은 유기태양전지의 글래스 기판을 확산 및 투과하는 광의 각도 분포를 나타내는 그래프이고, 도 13b는 상기 헤이즈 필름이 부착되거나 부착되지 않은 유기태양전지의 글래스 기판을 확산 및 투과하는 광의 파장에 따른 반사율 특성을 측정한 결과를 도시한 그래프이며, 도 13c는 상기 헤이즈 필름이 부착되거나 부착되지 않은 유기태양전지의 글래스 기판을 확산 및 투과하는 광의 파장에 따른 반사율(reflectance) 특성을 시뮬레이션(FDTD simulation)한 결과를 도시한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 회전 암에 고정된 광 검출기를 사용하고, 532nm의 녹색 레이저 빔을 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 헤미 원통형 프리즘(hemi-cylindrical prism)에 조사하였다.
도 12에 도시된 바와 같이, 유기태양전지의 상단에 배치된 글래스 및 유기태양전지의 활성층에서의 투과 광의 전파 방향을 정량적으로 알아내기 위한 것으로, 상기 헤이즈 필름을 통해 투과된 레이저 빔의 각도 분포를 측정할 수 있었다.
도 13a를 참조하면, 도 12의 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 글래스 기판을 확산 및 투과하는 광의 각도 분포를 측정한 결과, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지의 글래스 기판이, 상기 헤이즈 필름이 부착되지 않은 유기태양전지의 글래스 기판 보다 상대적으로 큰 각도로 광이 확산 및 투과되는 것을 확인하였다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름은 유기태양전지의 활성층으로 입사되는 광의 광 경로 길이를 연장시킬 수 있다.
도 13b 및 도 13c를 참조하면, 도 12의 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지에서 광 흡수가 높다는 것을 확인할 수 있다.
보다 상세하게는, 도 13c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착되지 않은 영역으로의 수직 방향(normal direction)의 단일 입사 광과, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 영역으로 입사되어 소정의 각도를 갖는 산란된 광(scattered rays)에 따른 시뮬레이션 결과, 도 13b에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름이 부착된 유기태양전지에서 광 흡수가 높다는 것을 확인할 수 있었다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이를 통한 광전 소자에 적용된 예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이는 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자 중 적어도 하나 이상의 효율을 증진시킬 수 있다.
도 14a 를 참조하면, 도 1a 및 도 1b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이의 나노와이어 집합체(110)는 점착 기판(130)에 부착되어 분리될 수 있다.
예를 들면, 나노와이어 집합체(110)는 점착 테이프와 같은 점착 기판(130)을 이용하여 나노와이어 집합체(110)를 형성하기 위해 사용했던 베이스 기판(120)으로부터 나노와이어 집합체(110)를 분리할 수 있다.
점착 기판(130)에 부착된 나노와이어 집합체(110)로 구성된 나노와이어 번들 어레이는 글래스(glass), 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자에 응용될 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는 도 14b에 도시된 바와 같이 나노와이어 번들 어레이는 나노와이어 집합체(110) 및 나노와이어 집합체(110)를 지지하는 베이스기판(120)을 포함할 수 있고, 글래스(glass), 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자에 응용되어, 광의 투과 및 확산을 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름에 의하면, 광전 소자의 광 입사면에 헤이즈 필름을 코팅하여, 반사를 저감시키고, 광 활성층으로의 입사각을 크게 하여 광 경로의 증가 및 그에 따른 광 흡수율 및 효율 증대를 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 미활용 파장 영역의 태양광 파장을 변환시켜주기 위한 스펙트럼 변환층의 변환 효율 향상에도 활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름에 의하면, LED와 같은 발광 소자 표면에 헤이즈 필름을 코팅함으로써, 활성층에서 발생된 빛이 전반사로 인해 외부 추출이 막히는 것을 개선하여 광 추출 효율을 증가시킬 수 있으며, 부가적으로 활성층으로 되돌아가는 빛이 다시 흡수되어 열에너지로 변화되는 것을 방지함으로써 열 발생에 의한 소자의 성능 저하를 예방할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 나노와이어 번들 어레이가 적용된 헤이즈 필름에 의하면, 지문 방지 특성을 가지고 있어, 컴퓨터 디스플레이, 네비게이션, 스마트폰 기기 등에 사용되는 터치형 디스플레이, 박물관이나 미술관의 유리 등에 다양하게 활용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나 이상의 나노와이어로 구성되는, 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지(morphology)를 갖는 나노와이어 집합체를 포함하고,
    상기 나노와이어 집합체는 다수개가 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 모폴로지의 제어를 통해 입사되는 광의 광 경로를 제어하는 나노와이어 번들 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력(capillary force)에 의해 자가응집(self-aggregated)되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 간 유체의 표면장력에 의해 유도된 모세관력에 의해 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 일부가 서로 대향하게 구부러지면서(bending toward) 응집되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노와이어 번들 어레이는
    복수의 나노-보이드(nano-void) 및 복수의 나노-리지(nano-ridge)를 포함하는 모폴로지에 기반하여 상기 광의 산란(scattering)의 제어를 통한 옵티컬 헤이즈(optical haze)를 갖는 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어로 구성되는 나노와이어 집합체 단위의 펀넬 구조(funnel structure)를 포함하고,
    상기 펀넬 구조는 마이크로스케일(microscale) 크기로 형성되어 마이크로 스케일(microscale)의 이격 거리로 다수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
  6. 1항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나는 임의의 방향으로 쓰러지고, 다른 나노와이어에 의하여 지지되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 적어도 하나는 휘어진 상태로 다른 나노와이어와 결합되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 나노와이어 집합체의 상단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 뭉쳐져 있고, 상기 나노와이어 집합체의 하단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 서로 이격 배치되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  9. 1항에 있어서,
    상기 나노와이어 집합체는
    점착 기판의 상부에 부착되어 분리 가능한 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 나노와이어 번들 어레이는
    상기 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자 중 적어도 하나 이상의 효율을 증진시키는 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어는 알루미나(Al2O3) 및 이산화티탄(TiO2) 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 각각의 길이는 100nm 내지 50μm인 나노와이어 번들 어레이.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 각각의 굵기는 10nm 내지 70nm인 나노와이어 번들 어레이.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 각각의 일단 사이의 간격은 500nm 이하인 나노와이어 번들 어레이.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 나노와이어 집합체의 높이는 100nm 내지 30μm인 나노와이어 번들 어레이.
  16. 베이스기판; 및
    상기 베이스기판 상에 다수개가 소정 간격 이격되어 배치되는 나노와이어 집합체
    를 포함하고,
    상기 나노와이어 집합체는 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하며, 상기 베이스기판과 접촉하는 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지를 갖는 나노와이어 번들 어레이.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어 중 어느 하나와, 다른 나노와이어 사이에 존재하는 모세관력(capillary force)에 의해 자가응집(self-aggregated)되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 모폴로지는
    상기 나노와이어 집합체의 상단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 뭉쳐져 있고, 상기 나노와이어 집합체의 하단은 상기 적어도 하나 이상의 나노와이어가 서로 이격 배치되어 형성되는 나노와이어 번들 어레이.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 나노와이어 번들 어레이는 상기 광의 투과 및 확산을 제어하여 광전 소자, 광열 소자 및 광학 소자 중 적어도 하나 이상의 광 효율을 증진시키는 것을 특징으로 하는 나노와이어 번들 어레이.
  20. 베이스기판에 전해연마를 실시하는 단계;
    상기 베이스기판에 대해 양극산화하여 상기 베이스기판 상에 적어도 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계;
    상기 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 포어(pore)를 확장시키는 단계;
    상기 포어가 확장된 적어도 하나 이상의 나노와이어에 대한 자가응집(self-aggregated) 제어를 통하여 일단에서 타단으로 갈수록 폭이 점진적으로 줄어드는 모폴로지(morphology)를 갖는 나노와이어 집합체를 형성하는 단계
    를 포함하는 나노와이어 번들 어레이의 제조 방법.
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