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技術 ナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法

出願人 インダストリー‐アカデミックコーオぺレーションファンデーションヨンセイユニバーシティ
発明者 キムキョンシクカングミンぺキュヨン
出願日 2016年1月28日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-014119
公開日 2017年5月18日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-083809
状態 特許登録済
技術分野 レンズ以外の光学要素 ナノ構造物 光起電力装置
主要キーワード ワイヤーバンド 光電子システム 設計因子 誘電体基盤 金属基盤 六角形配列 グラス基板 高縦横比
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年5月18日)のものです。
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図面 (20)

課題

光電素子ステム及び光学システムの光特性を向上させるためのオプティカルヘイズの制御可能なナノワイヤーバンドルアレイ広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提示する。

解決手段

少なくとも1つ以上のナノワイヤー111から構成される、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体110を含み、前記ナノワイヤー集合体110は、複数が所定の間隔離隔して配置され、前記モルホロジーの制御により入射される光の光経路を制御する。

概要

背景

ディスプレイウィンドウ光学及び熱的特性を制御することは、効率的な照明ステム又は光電子素子の性能を向上させるために光管戦略(light management strategies)として主な要素となる。

光電素子の内/外部に入射される光を効率よく集めて伝搬及び散乱させるための装置を実現のために様々な形態と種類のナノ構造体が研究されてきた。誘電体基盤ナノ構造は、金属基盤のナノ構造で頻繁に発生する寄生吸収(parasitic absorption)による損失が発生しないだけではなく、素子電気的特性にもほとんど影響を及ぼさないため、効率的で設計の簡単な光の流れ制御技術として脚光を浴びている。

一方、2014年米国のメリーランド大学の研究陣は、木材を構成している成分であるマイクロメーターサイズの直径のセルロース繊維化学的な処理を通じてパッキング密度の高い透明な紙を作り、これを基盤とする高性能光拡散フィルムを製造した。

このように透明な紙基盤の光拡散フィルムの場合、数十マイクロメーター以上の比較的に厚い厚さを有し、木材のセルロース繊維基盤の紙を主な成分としているため、高温の環境で変形されやすい問題を抱えている。

また、前述した透明な紙基盤の光拡散フィルムの製造方法で光を散乱させるヘイズ(haze)物質を製造する場合、化学物処理を行ったり機械圧着する方式などを用いることで、高危険な化学物質が使用されたり、又は高価の装備が必要である問題を抱えている。

ここで、光電子システム又は光学システムの性能を向上させるための光特性を制御する技術に対する需要が次第に増加している。

概要

光電素子システム及び光学システムの光特性を向上させるためのオプティカルヘイズの制御可能なナノワイヤーバンドルアレイ広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提示する。少なくとも1つ以上のナノワイヤー111から構成される、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体110を含み、前記ナノワイヤー集合体110は、複数が所定の間隔離隔して配置され、前記モルホロジーの制御により入射される光の光経路を制御する。A

目的

本発明における実施形態の目的は、光電素子システム及び光学システムの特性を向上させるための総透過率拡散透過率、及びオプティカルヘイズのうち少なくとも1つ以上の光特性の制御可能なナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも1つ以上のナノワイヤーから構成される、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体を含み、前記ナノワイヤー集合体は、複数が所定の間隔離隔して配置され、前記モルホロジーの制御により入射される光の光経路を制御する、ナノワイヤーバンドルアレイ

請求項2

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つと、他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力によって自己凝集して形成される、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項3

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤー間の流体表面張力によって誘導された毛細管力に応じて、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成される、請求項2に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項4

前記ナノワイヤーバンドルアレイは、複数のナノボイド及び複数のナノリッジを含むモルホロジーに基づいて前記光の散乱の制御によるオプティカルヘイズを有することを特徴とする、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項5

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーから構成されるナノワイヤー集合体単位のファンネル構造を含み、前記ファンネル構造は、マイクロスケールの大きさで形成されてマイクロスケールの離隔距離で複数配置されることを特徴とする、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項6

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つは任意の方向に倒れ、他のナノワイヤーによって支持形成される、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項7

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち少なくとも1つは曲がった状態で他のナノワイヤーと結合して形成される、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項8

前記モルホロジーは、前記ナノワイヤー集合体の上段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが集まっており、前記ナノワイヤー集合体の下段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが互いに離隔配置して形成されている、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項9

前記ナノワイヤー集合体は、粘着基板の上部に付着して分離自在であることを特徴とする、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項10

前記ナノワイヤーバンドルアレイは、前記光の透過及び拡散を制御して光電素子光熱素子、及び光学素子のうち少なくとも1つ以上の効率を増進させることを特徴とする、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項11

前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーは、アルミナ(Al2O3)及び二酸化チタン(TiO2)のいずれか1つの材質であることを特徴とする、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項12

前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのそれぞれの長さは100nm〜50μmである、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項13

前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのそれぞれの太さは10nm〜70nmである、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項14

前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのそれぞれの一端の間の間隔は500nm以下である、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項15

前記ナノワイヤー集合体の高さは100nm〜30μmである、請求項1に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項16

ベース基板と、前記ベース基板上に複数が所定の間隔離隔して配置されるナノワイヤー集合体と、を含み、前記ナノワイヤー集合体は少なくとも1つ以上のナノワイヤーを含み、前記ベース基板と接する一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有する、ナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項17

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つと、他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力によって自己凝集して形成される、請求項16に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項18

前記モルホロジーは、前記ナノワイヤー集合体の上段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが集まっており、前記ナノワイヤー集合体の下段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが互いに離隔配置して形成されている、請求項16に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項19

前記ナノワイヤーバンドルアレイは、前記光の透過及び拡散を制御して光電素子、光熱素子、及び光学素子のうち少なくとも1つ以上の光効率を増進させることを特徴とする、請求項16に記載のナノワイヤーバンドルアレイ。

請求項20

ベース基板に電解研磨を実施するステップと、前記ベース基板に対して陽極酸化して前記ベース基板上に少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成するステップと、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対するポア拡張させるステップと、前記ポアが拡張された少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対する自己凝集制御により一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体を形成するステップと、を含む、ナノワイヤーバンドルアレイの製造方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、モルホロジーの制御により入射される光の光経路に対する制御可能なナノワイヤーバンドルアレイオプティカルフィルム、及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

ディスプレイウィンドウ光学及び熱的特性を制御することは、効率的な照明ステム又は光電子素子の性能を向上させるために光管戦略(light management strategies)として主な要素となる。

0003

光電素子の内/外部に入射される光を効率よく集めて伝搬及び散乱させるための装置を実現のために様々な形態と種類のナノ構造体が研究されてきた。誘電体基盤ナノ構造は、金属基盤のナノ構造で頻繁に発生する寄生吸収(parasitic absorption)による損失が発生しないだけではなく、素子電気的特性にもほとんど影響を及ぼさないため、効率的で設計の簡単な光の流れ制御技術として脚光を浴びている。

0004

一方、2014年米国のメリーランド大学の研究陣は、木材を構成している成分であるマイクロメーターサイズの直径のセルロース繊維化学的な処理を通じてパッキング密度の高い透明な紙を作り、これを基盤とする高性能光拡散フィルムを製造した。

0005

このように透明な紙基盤の光拡散フィルムの場合、数十マイクロメーター以上の比較的に厚い厚さを有し、木材のセルロース繊維基盤の紙を主な成分としているため、高温の環境で変形されやすい問題を抱えている。

0006

また、前述した透明な紙基盤の光拡散フィルムの製造方法で光を散乱させるヘイズ(haze)物質を製造する場合、化学物処理を行ったり機械圧着する方式などを用いることで、高危険な化学物質が使用されたり、又は高価の装備が必要である問題を抱えている。

0007

ここで、光電子システム又は光学システムの性能を向上させるための光特性を制御する技術に対する需要が次第に増加している。

先行技術

0008

韓国公開特許公報第10−2002−0054484号(2002.07.08、多層ホログラムディフューザー及びその製造方法)

発明が解決しようとする課題

0009

本発明における実施形態の目的は、光電素子システム及び光学システムの特性を向上させるための総透過率拡散透過率、及びオプティカルヘイズのうち少なくとも1つ以上の光特性の制御可能なナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する。

0010

また、本発明における実施形態の目的は、ナノワイヤー集合体のモルホロジー制御により光経路の制御による光電素子システム及び光学システムの光特性を向上させるナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する。

0011

また、本発明における実施形態の目的は、薄い厚さを有しつつ優れる光特性を有するナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する。

0012

また、本発明における実施形態の目的は、高温の環境でも変形されない耐熱性を有するナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する。

0013

また、本発明における実施形態の目的は、99%以上の高いヘイズ数値を見せて85%以上の高い透過率特性を見せるナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する。

0014

また、本発明における実施形態の目的は、経済的で安全な物質の使用と共に、容易な湿式エッチング方式で製造されて生産コスト節減されたナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供する。

課題を解決するための手段

0015

本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイは、少なくとも1つ以上のナノワイヤーから構成される、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体を含み、前記ナノワイヤー集合体は、複数が所定の間隔離隔して配置され、前記モルホロジーの制御により入射される光の光経路を制御する。

0016

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つと、他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力によって自己凝集して形成されてもよい。

0017

また、前記モルホロジーは、少なくとも1つ以上のナノワイヤー間の流体表面張力によって誘導された毛細管力に応じて、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成されてもよい。

0018

前記ナノワイヤーバンドルアレイは、複数のナノボイド及び複数のナノリッジを含むモルホロジーに基づいて前記光の散乱の制御によるオプティカルヘイズを有してもよい。

0019

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーから構成されるナノワイヤー集合体単位のファンネル構造を含み、前記ファンネル構造は、マイクロスケールの大きさで形成されてマイクロスケールの離隔距離で複数配置されてもよい。

0020

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つは任意の方向に倒れ、他のナノワイヤーによって支持形成されてもよい。

0021

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち少なくとも1つは曲がった状態で他のナノワイヤーと結合して形成されてもよい。

0022

前記モルホロジーは、前記ナノワイヤー集合体の上段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが集まっており、前記ナノワイヤー集合体の下段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが互いに離隔配置して形成されてもよい。

0023

前記ナノワイヤー集合体は、粘着基板の上部に付着して分離自在であり得る。

0024

前記ナノワイヤーバンドルアレイは、前記光の透過及び拡散を制御して光電素子、光熱素子、及び光学素子のうち少なくとも1つ以上の効率を増進させ得る。

0025

前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーは、アルミナ(Al2O3)及び二酸化チタン(TiO2)のいずれか1つの材質であってもよい。

0026

前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのそれぞれの長さは100nm〜50μmであってもよく、一実施形態によると、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのそれぞれの太さは10nm〜70nmであってもよく、一実施形態によると、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのそれぞれの一端の間の間隔は500nm以下であってもよい。

0027

前記ナノワイヤー集合体の高さは100nm〜30μmであってもよい。

0028

本発明の他の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイは、ベース基板と、前記ベース基板上に複数が所定の間隔離隔して配置されるナノワイヤー集合体と、を含み、前記ナノワイヤー集合体は少なくとも1つ以上のナノワイヤーを含み、前記ベース基板と接する一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有する。

0029

前記モルホロジーは、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つと他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力によって自己凝集して形成されてもよい。

0030

前記モルホロジーは、前記ナノワイヤー集合体の上段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが集まっており、前記ナノワイヤー集合体の下段は前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーが互いに離隔配置して形成されてもよい。

0031

前記ナノワイヤーバンドルアレイは、前記光の透過及び拡散を制御して光電素子、光熱素子、及び光学素子のうち少なくとも1つ以上の光効率を増進させ得る。

0032

本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、ベース基板に電解研磨を実施するステップと、前記ベース基板に対して陽極酸化して前記ベース基板上に少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成するステップと、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対するポア拡張させるステップと、前記ポアが拡張された少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対する自己凝集制御により一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体を形成するステップとを含む。

0033

前記モルホロジーを有するナノワイヤー集合体を形成する前記ステップは、前記ポアが拡張して整列された少なくとも1つ以上のナノワイヤー間の流体の表面張力によって誘導された毛細管力に応じて前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成された前記モルホロジーを形成するステップであってもよい。

発明の効果

0034

本発明の実施形態によると、光電素子システム及び光学システムの特性を向上させるための総透過率、拡散透過率、及びオプティカルヘイズのうち少なくとも1つ以上の光特性を制御することができる。

0035

また、本発明の実施形態によると、光電素子システム及び光学システムの光特性を向上させることができる。

0036

また、本発明の実施形態によると、薄い厚さを有しつつ優れる光特性を有するナノワイヤーバンドルアレイ、広帯域の超高性能オプティカルフィルム及びその製造方法を提供することができる。

0037

また、本発明の実施形態によると、高温の環境でも変形されない耐熱性を有するナノワイヤーバンドルアレイを含む広帯域の超高性能オプティカルフィルムを提供することができる。

0038

また、本発明の実施形態によると、99%以上の高いヘイズ数値を見せて85%以上の高い透過率特性を見せるナノワイヤーバンドルアレイを含む広帯域の超高性能オプティカルフィルムを提供することができる。

0039

また、本発明の実施形態によると、経済的で安全な物質の使用と共に、容易な湿式エッチング方式で製造されて生産コストの節減されたナノワイヤーバンドルアレイを含む広帯域の超高性能オプティカルフィルムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0040

本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを説明するための図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを説明するための図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイのモルホロジーが形成される過程を説明するための図である。
本発明の実施形態に係る整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤー及びナノワイヤー集合体に対する走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係る整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤー及びナノワイヤー集合体に対する走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法を示すフローチャートである。
本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。
本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。
本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。
本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。
本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。
本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法におけるポア拡張のためのエッチング時間に応じて形成される少なくとも1つ以上のナノワイヤーの自己凝集して形成されるモルホロジーを説明するために図示した走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法におけるポア拡張のためのエッチング時間に応じて形成される少なくとも1つ以上のナノワイヤーの自己凝集して形成されるモルホロジーを説明するために図示した走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法におけるポア拡張のためのエッチング時間に応じて形成される少なくとも1つ以上のナノワイヤーの自己凝集して形成されるモルホロジーを説明するために図示した走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法におけるポア拡張のためのエッチング時間に応じて形成される少なくとも1つ以上のナノワイヤーの自己凝集して形成されるモルホロジーを説明するために図示した走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じてプリンティングイメージを撮影する模式図と、撮影されたイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じてプリンティングイメージを撮影する模式図と、撮影されたイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じてプリンティングイメージを撮影する模式図と、撮影されたイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じてプリンティングイメージを撮影する模式図と、撮影されたイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの透過散乱特性を評価するための実験の模式図及び実験で撮影されたイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの透過散乱特性を評価するための実験の模式図及び実験で撮影されたイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの総透過率、拡散透過率、及びヘイズ特性をそれぞれ示すグラフである。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの総透過率、拡散透過率、及びヘイズ特性をそれぞれ示すグラフである。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの総透過率、拡散透過率、及びヘイズ特性をそれぞれ示すグラフである。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池光学特性を評価するための模式図である。
図10の模式図における有機太陽電池の光学特性に対するグラフを示す図である。
図10の模式図における有機太陽電池の光学特性に対するグラフを示す図である。
図10の模式図における有機太陽電池の光学特性に対するグラフを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池のグラス基板における拡散透過した光の伝搬方向を定量的に照射するための実験装置の模式図である。
図12における有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光特性に対するグラフを示す図である。
図12における有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光特性に対するグラフを示す図である。
図12における有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光特性に対するグラフを示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを用いた光電素子に適用された例を示す図である。
本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを用いた光電素子に適用された例を示す図である。

実施例

0041

以下、実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、このような実施形態によって権利範囲が制限されたり限定されることはない。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

0042

本明細書で使用される用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で単数型は文句で特別に記載しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む(comprises)」及び/又は「含んでいる(comprising)」は記載されている構成要素、段階、動作及び/又は素子は、1つ以上の異なる構成要素、段階、動作及び/又は素子の存在又は追加を排除しない。

0043

本明細書で用いられる「実施形態」、「例」、「側面」、「例示」等は、記述された任意の様相(aspect)又は設計が異なる様相又は設計よりも優れたり利点があるものと解釈されることはない。

0044

また、「又は」という用語は、排他的論理和「exclusive or」であるよりも包含的な論理和「inclusive or」を意味する。すなわち、別に記載されない限り又は文脈から明確ではない限り、「xがa又はbを利用する」という表現は包含的な自然順列natural inclusive permutations)のいずれか1つを意味する。

0045

また、本明細書及び請求項で用いられる単数表現(「a」又は「an」)は、別に記載されない限り、又は単数形態に関するものと文脈から明確に記載されていない限り、一般的に「1つ以上」を意味するものと解釈されなければならない。

0046

以下の説明で用いられる用語は、関連する技術分野で一般的かつ普遍的なものから選択されているが、技術の発達及び/又は変化、慣例、技術者選好などに応じて他の用語が存在することもある。従って、以下の説明で用いられる用語は、技術的思想を限定するものとして理解されることはなく、実施形態を説明するための例示的な用語として理解されなければならない。

0047

また、特定の場合に出願人が任意に選定した用語もあり、この場合に該当する説明の部分で詳細な意味を記載するのであろう。従って、以下の説明で用いられる用語は単なる用語の名称ではない、その用語が有する意味と明細書の全般にわたった内容に基づいて理解しなければならない。

0048

一方、第1、第2などの用語は様々な構成要素を説明するために使用され得るが、構成要素は用語によって限定されることはない。用語は1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけ用いられる。

0049

また、膜、層、領域、構成要請などの部分が他の部分の「上に」にある場合、他の部分の上部にある場合だけではなく、その中間に異なる膜、層、領域、構成要素などが介在している場合も含む。

0050

他の定義がなければ、本明細書で用いられるすべての用語(技術及び科学的な用語を含む)は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって共通に理解され得る意味として使用されるものであろう。また、一般的に用いられる事前に定義されている用語は明らかに特別に定義されていない限り理想的又は過度に解釈されることはない。

0051

一方、本発明の説明において、関連の公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。そして、本明細書で用いられる用語(terminology)は本発明の実施形態を適切に表現するために用いられる用語として、これはユーザ、運用者の意図、又は本発明が属する分野の慣例などに応じて変わり得る。従って、本用語に対する定義は本明細書全般にわたった内容に基づいて下されなければならない。

0052

図1A及び図1Bは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを説明するための図である。

0053

図1A及び図1Bを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイ100はナノワイヤー集合体110を含む。

0054

ナノワイヤー集合体110は、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111で構成され、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを含む。

0055

前記モルホロジーは少なくとも1つ以上のナノワイヤー111のいずれか1つと、他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力に応じて自己凝集して形成され得る。

0056

例えば、前記モルホロジーは、少なくとも1つ以上のナノワイヤー間の流体の表面張力によって誘導された毛細管力に応じて、少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成され得る。

0057

ここで、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーは整列した(well−aligned)配置構造を有し得る。

0058

実施形態により前記モルホロジーは、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111のいずれか1つは任意の方向に倒れ、他のナノワイヤーによって支持結合して形成され得る。

0059

また、前記モルホロジーは、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111のうち少なくとも1つは曲がった状態で他のナノワイヤーと結合して形成され得る。

0060

例えば、前記モルホロジーは、ナノワイヤー集合体110に含まれる少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち少なくとも1つ111は柔軟性を有し、曲がった状態で他のナノワイヤーと結合することによって形成され得る。

0061

より詳しくは、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111のうち少なくともいずれか1つは柔軟性を有する材質からなり、前記少なくともいずれか1つのナノワイヤーは、柔軟性のために曲がった状態で他のナノワイヤーに寄りかけているモルホロジーを形成することができる。

0062

また、前記モルホロジーは、ナノワイヤー集合体110の上段は少なくとも1つ以上のナノワイヤー111が集まっており、ナノワイヤー集合体110の下段は少なくとも1つ以上のナノワイヤー111が互いに離隔配置して形成されてもよい。

0063

実施形態によりナノワイヤーバンドルアレイ100は、複数のナノボイド(nano−void)及び複数のナノリッジ(nano−ridge)を含むモルホロジーに基づいて、光の散乱の制御によるオプティカルヘイズ(optical haze)を有することができる。

0064

ここで、オプティカルヘイズとは、ナノワイヤーバンドルアレイを通過する光の総透過率のうち拡散透過率が占める比率であって、効率的な光学及び光電素子の開発のために考慮しなければならない最も重要な設計因子の1つである。前述した複数のナノボイド及び複数のナノリッジは、後述する図8A〜図8Dを参照して再び説明することにする。

0065

また、前記モルホロジーは、少なくとも1つ以上のナノワイヤーから構成されるナノワイヤー集合体単位のファンネル構造を含み、ファンネル構造は、マイクロスケールの大きさで形成されてマイクロスケールの離隔距離で複数が配置される構造を含んでもよい。

0066

また、ナノワイヤーバンドルアレイ100は、光の透過及び拡散を制御して光電素子、光熱素子、及び光学素子のうち少なくとも1つ以上の効率を増進させることができる。

0067

例えば、ナノワイヤーバンドルアレイ100は、光の透過及び拡散を制御して光電素子の光効率を増進させるヘイズフィルム(haze film)であってもよい。

0068

前記ヘイズフィルムは、前述したオプティカルヘイズの特性を有しているフィルムとして、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイはヘイズフィルムであってもよく、前記ヘイズフィルムを光電素子に付着して使用することで、ヘイズフィルムを通過する光の透過率及び拡散透過率を制御して光電素子の光効率を増進させることができる。

0069

また、ナノワイヤー集合体110は粘着基板(図示せず)に付着して分離可能である。

0070

例えば、粘着テープのような粘着性基板を用いてナノワイヤー集合体110を形成するために使用したベース基板120からナノワイヤー集合体110を分離することができる。

0071

また、分離したナノワイヤー集合体110は、光電素子に付着してヘイズフィルムとして使用してもよい。

0072

そのために、本発明の他の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイ100は、ナノワイヤー集合体110を支持するベース基板120をさらに含み得る。

0073

実施形態によりベース基板120はアルミニウム材質であってもよく、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111はアルミナ材質であってもよいが、ベース基板120及びナノワイヤー111は前述した材質に限定されることなく、製造方法に応じて様々な材質で形成され得る。

0074

また、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111は誘電体物質であってもよく、例えば、二酸化チタン(TiO2)であってもよく、これに限定されずに適用アプリケーションに応じて光に対する透過及び拡散可能な物質であれば使用可能である。

0075

また、ナノワイヤー集合体110の高さは100nm〜30μmであってもよく、ナノワイヤー集合体110の稜線間の間隔は1μm〜70μmであってもよい。

0076

少なくとも1つ以上のナノワイヤー111はアルミナ材質であってもよく、1つ以上のナノワイヤー111のそれぞれの長さは100nm〜50μmであってもよい。

0077

また、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111のそれぞれの太さは10nm〜70nmであってもよく、少なくとも1つ以上のナノワイヤー111のそれぞれの一端の間の間隔は500nm以下であってもよい。

0078

また、実施形態により少なくとも1つ以上のナノワイヤー111は、長さ方向に三角形の断面を有する三角柱の形状であってもよく、その製造方法によって様々な形状を有し得る。以下、図2を参照して前述したナノワイヤーバンドルアレイのモルホロジーが形成される過程を詳細に説明する。

0079

図2は、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイのモルホロジーが形成される過程を説明するための図である。

0080

図2を参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤー集合体は一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを含む。

0081

本発明の実施形態に係るナノワイヤー集合体は、ベース基板に対して2次にわたる陽極酸化を通じて整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成した後(図2(a)参考)、整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対するポア(pore)を拡張させた後(図2(b)参考)、ポアが拡張して整列された少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対する自己凝集制御により一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを形成することができる。

0082

図2に示すように、ナノワイヤー集合体は、ベース基板に対して2次にわたる陽極酸化を通じて整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成しているものと図示されているが、少なくとも1つ以上のナノワイヤーは整列されない不規則的な配置構造を有してもよい。

0083

図2(c)に示すように、前記モルホロジーは、少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つと、他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力による自己凝集を通じて形成され得る。

0084

例えば、垂直形成された少なくとも1つ以上のナノワイヤー間に液体が存在する場合、液体分子凝集力(cohesive force)と、液体及び毛細管壁の間の付着力(adhesive force)が互いに相互作用することで発生する毛細管力により自己凝集の現象が発生することがある。

0085

より詳細に、本発明の実施形態によるモルホロジーは、整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーの間で流体の表面張力によって誘導された毛細管力が作用し、少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成され得る。

0086

図3A及び図3Bは、本発明の実施形態に係る整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤー及びナノワイヤー集合体に対する走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。

0087

図3Aを参照すると、図2を参照して説明したように、本発明の実施形態に係るモルホロジーが形成される前の整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーが図示され、図3Bを参照すると、整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーのいずれか1つと、他のナノワイヤーとの間に存在する毛細管力によって自己凝集して形成されたモルホロジーを確認することができる。

0088

図4は、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法を示すフローチャートである。

0089

図4を参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法はステップS410において、ベース基板に電解研磨を実施する。

0090

ステップS420において、ベース基板に対して第1陽極酸化を行う。

0091

その後、ステップS430において、第1陽極酸化されたベース基板に対する湿式エッチングを実施する。

0092

ステップS440において、湿式エッチングされたベース基板に対して第2陽極酸化して整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成する。

0093

前記ステップS420から前記ステップS440で、2回の陽極酸化を経て整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成できるが、実施形態によって1回の陽極酸化を経て整列されない少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成することもできる。

0094

その後、ステップS450において、整列した少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対するポアを拡張させる。

0095

ステップS460において、ポアが拡張して整列された少なくとも1つ以上のナノワイヤーに対する自己凝集制御により、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体を形成する。

0096

実施形態により前記ステップS460は、前記ポアが拡張して整列された少なくとも1つ以上のナノワイヤー間の流体の表面張力によって誘導された毛細管力に応じて、少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成された前記モルホロジーを形成するステップであり得る。

0097

以下、図5A図5Fを参照して本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法をより具体的に説明する。

0098

図5A図5Fは、本発明の実施形態に係るアルミナ材質のナノワイヤーバンドルアレイの製造方法に対する模式図である。

0099

以下で説明する図5A図5Fに図示されたナノワイヤーバンドルアレイの製造方法において、ベース基板及び少なくとも1つ以上のナノワイヤーの材質をアルミニウム及びアルミナ(alumina)に限定して説明することにする。

0100

しかし、ベース基板及び少なくとも1つ以上のナノワイヤー材は、アルミニウム及びアルミナに限定することなく、前記ベース基板と少なくとも1つ以上のナノワイヤーは他の材質であってもよい。例えば、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーは、前記ベース基板の材質と異なる酸化物であってもよい。

0101

図5Aを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、アルミニウム材質で構成されたベース基板210を過塩素酸及びエタノールを混合した混合溶液220に浸して電解研磨を実施する。

0102

これを介して過塩素酸及びエタノールの混合溶液220を用いてベース基板210を電解研磨することで、ベース基板210上に前処理された平たい(smooth)表面を取得できる。

0103

過塩素酸及びエタノールの混合溶液220は、様々な比率で混合して製造されることができ、過塩素酸及びエタノールの体積比は1:4であることが好ましい。

0104

また、前記アルミニウム材質のベース基板210は純度99.99%であることが好ましい。

0105

本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、過塩素酸及びエタノールの混合溶液220にベース基板210を浸した状態で15V〜25Vの電圧印加する。

0106

前記電圧の印加時間は3分〜10分であってもよい。3分未満の印加時間の場合、ベース基板210の表面は充分平坦ではなく、10分超過の印加時間の場合はベース基板210の表面は過処理されて不均一の表面になる。

0107

図5Bを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、図5Aに示すベース基板210に対して第1陽極酸化を実施する。

0108

例えば、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、図5Aが実行されたベース基板210に陽電極を接続して、白金(Pt)材の電極基板230に陰電極を接続した状態で電解液であるシュウ酸溶液240に浸した後、所定の大きさの電圧を印加してベース基板210を第1陽極酸化させ得る。

0109

シュウ酸溶液240は0.3M濃度のシュウ酸溶液であることが好ましく、ベース基板210と電極基板230に印加される電圧は35V〜45Vであることが好ましく、より好ましくは、40Vである。

0110

また、シュウ酸溶液240の温度に応じてベース基板210に生成される陽極酸化アルミニウム250(Anodic Aluminum Oxide:AAO)の成長速度、気孔の大きさ、及び均一度は変化するため、シュウ酸溶液240は0℃〜15℃の温度に設定することが好ましい。

0111

シュウ酸溶液240の温度が上記した温度範囲内にある場合、陽極酸化アルミニウム250の均一度が最も安定的である。また、陽極酸化の実施時間は6時間〜30時間程度が好ましい。

0112

図5Bに示すように、前述した過程を経てベース基板210の表面には六角形配列(hexagonal array)の90nm〜110nmの間隔を有するポアを有する陽極酸化アルミニウム250(AAO)が形成される。

0113

図5Cを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は図5Bにおける第1陽極酸化されたベース基板210に対する湿式エッチングを実施する。

0114

例えば、クロム酸リン酸の混合溶液であるエッチング溶液260を備えた後、エッチング溶液260に選択された時間の間でベース基板210を浸してベース基板210をエッチングする。

0115

エッチング溶液260は様々な比率で製造されるが、好ましくは、1.8%のクロム酸と6%のリン酸を混合することが好ましい。

0116

また、エッチング溶液260は70℃〜80℃の温度に設定されることが好ましく、ベース基板210のエッチング時間は3時間〜5時間が好ましい。

0117

図5Cに示すように、ベース基板210の表面には陽極酸化アルミニウム250(AAO)が除去され、六角形配列の均一な間隔の凹んだ溝が存在する。

0118

図5Dを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、図5Cで湿式エッチングされたベース基板210に対して第2陽極酸化して整列された少なくとも1つ以上のナノワイヤーを形成する。

0119

例えば、湿式エッチングを経たベース基板210に陽電極を接続して白金(Pt)材質の電極基板230に陰電極を接続した状態で電解液のシュウ酸溶液240に浸した後、所定の大きさの電圧を印加してベース基板210を第2陽極酸化することができる。

0120

図5Dにおける第2陽極酸化のプロセスの条件は、図5Bにおける第1陽極酸化のプロセスの条件と同一であり、陽極酸化の実施時間を相違に調整してベース基板210の表面上に形成される陽極酸化アルミニウム250のナノワイヤーの長さを調整することができる。

0121

例えば、図5Bにおける第1陽極酸化プロセスの条件と同じ環境下で陽極酸化の実施時間を1分〜10時間の範囲内に調整する場合、陽極酸化アルミニウム250のナノワイヤーの長さを100nm〜50μmまで調整することができる。

0122

より詳しくは、シュウ酸溶液240の温度が10℃である場合、1時間に5μmの長さでアルミニウムナノワイヤーの長さが成長するため、時間による成長の長さ比率を考慮して適切に陽極酸化の実施時間を調整することができる。

0123

図5Dに示すように、ベース基板210の表面には六角形整列した陽極酸化アルミニウム250のナノワイヤーが形成される。

0124

図5Eを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、図5Dで整列した少なくとも1つ以上の陽極酸化アルミニウム250のナノワイヤーに対するポアを拡張させる。

0125

例えば、図5Eは、陽極酸化アルミニウム250のナノワイヤーのポアの大きさを均一に広げるステップであり、図5Dの第2陽極酸化プロセスを経たベース基板210をリン酸溶液270に浸して、ポアの拡張された陽極酸化アルミニウム280のナノワイヤーを形成することができる。

0126

リン酸溶液270は5重量%濃度のリン酸溶液であることが好ましく、リン酸溶液270は25℃〜45℃の温度で設定されることが好ましい。

0127

また、図5Eにおいて、リン酸溶液270にベース基板210を浸す時間は15分〜60分が好ましく、リン酸溶液270の温度を40℃〜45℃の範囲内の温度で設定する場合、リン酸溶液270にベース基板210を浸す時間を18分〜24分に短縮させることができる。

0128

実施形態によって、リン酸溶液270にベース基板210を浸した状態でリン酸溶液270を撹はんさせてリン酸溶液270を均一に混合すれば、より効率よくポアを拡張させることができる。この場合、撹はんする速度は300rpm〜800rpmの範囲内の速度が好ましい。

0129

図5Fを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、モルホロジーを有するナノワイヤー集合体を形成することができる。

0130

例えば、前記ポアが拡張して整列された少なくとも1つ以上の陽極酸化アルミニウムのナノワイヤーに対する自己凝集制御により、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体を形成し得る。

0131

実施形態によりポアが拡張して整列された少なくとも1つ以上の陽極酸化アルミニウムのナノワイヤー間の流体の表面張力によって誘導された毛細管力により、前記少なくとも1つ以上のナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して形成されたモルホロジーを形成することができる。

0132

より具体的に、前述した図5Fに示す過程は、ベース基板210を洗浄及び乾燥プロセスを通じて行われてもよい。洗浄工程に用いられる洗浄液は、水、エタノール、メタノールイソプロパノール、及び超臨界流体(supercritical fluid)から構成されたグループで少なくとも1つ以上選択されたものであってもよい。

0133

例えば、図5Eに示すポアが拡張された陽極酸化アルミニウム280のナノワイヤーは、洗浄及び乾燥プロセスを通じて陽極酸化アルミニウム280のナノワイヤーの間に存在する液体の毛細管力によって自己凝集の現象が発生し、一端から他端に行くほど幅が次第に減少するモルホロジーを有するナノワイヤー集合体310を形成することができる。

0134

この場合、前記少なくとも1つ以上の陽極酸化アルミニウムのナノワイヤーのうち一部が互いに対向するよう曲がりながら凝集して前記モルホロジーを形成することができる。

0135

また、洗浄工程に用いられる洗浄液を水の代わりにエタノール、メタノール又はイソプロパノールに変更すれば、それぞれの毛細管力が異なることで凝集力が変わり、結果的に陽極酸化アルミニウム280のナノワイヤーの構造を変化させ得る。

0136

例えば、表面張力がほとんどない超臨界流体を洗浄液として使用する場合、均一な構造を有する陽極酸化アルミニウム280のナノワイヤーの構造を製造することができる。

0137

陽極酸化アルミニウム280のナノワイヤー又はナノワイヤー集合体310に対する構造変化は、ノワイヤーバンドルアレイ300の光学的特性を変更させることができる。

0138

実施形態によって、本実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法は、製造完了されたナノワイヤーバンドルアレイ300の表面上に金属を蒸着させるステップをさらに含んでもよい。

0139

前記金属は、設計者の意図に応じて変更可能である。例えば、金、銀、チタニウム、白金、酸化チタニウム、及び窒化チタニウムで構成されたグループから少なくとも1つ以上が選択されたものであってもよい。

0140

前述した過程を通じて製造された本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイは、光電素子の光学及び化学的特性を変化させて様々な応用分野活用可能である。

0141

図6A図6Dは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの製造方法におけるポア拡張のためのエッチング時間に応じて形成される少なくとも1つ以上のナノワイヤーの自己凝集して形成されるモルホロジーを説明するために示す走査電子顕微鏡(SEM)のイメージを示す図である。

0142

より詳しくは、図6Aはポア拡張のためのエッチング時間が43分であり、図6Bは前記エッチング時間が44分であり、図6Cは前記エッチング時間が45分であり、図6Dは前記エッチング時間が46分である場合を示す図である。

0143

図6A図6Dを参照すると、エッチング溶液であるリン酸溶液にベース基板を浸しておくポアを拡張するためのエッチング時間が43分〜46分に応じて、陽極酸化アルミニウムのナノワイヤーがそれぞれ異なる厚さと自己凝集して形成されるそれぞれ異なるモルホロジーを確認することができる。

0144

図6Aに示すイメージを参照すると、図6B図6D(44分〜46分)に比べて比較的に短いエッチング時間(43分)の間のポア拡張するためのエッチング処理を行う場合、強い引張強度を有する相対的に厚いナノワイヤー集合体から構成されるモルホロジーを確認することができる。

0145

図6Aの場合、低いパッキング密度(lower packing density)及び小さいクラスタサイズ(smaller cluster size)を有する、部分凝集したナノワイヤーを有するナノワイヤー集合体を含むモルホロジーが形成されている。

0146

また、図6Aに示すように、明るいホワイトの複数のナノリッジ及びブラック領域の複数のナノボイドを含むモルホロジーが形成されていることが確認された。

0147

一方、図6Dに示すイメージを参照すると、図6A図6C(43分〜45分)に比べて相対的に長いエッチング時間(46分)の間にポア拡張するためのエッチング処理を行う場合、高縦横比(larger aspect ratio)及び機械的柔軟性(enlarged mechanical flexibility)を有するモルホロジーが形成されている。

0148

前記機械的柔軟性はナノワイヤーをさらに密集するようにし、結果的に、より薄いナノワイヤーは厚いナノワイヤーと比較して相対的に高いパッキング密度、より大きいクラスタサイズ、さらに少ない数のナノリッジ及びナノワイヤーを有し、相対的によりもつれた(entangled)ナノワイヤー集合体を含むモルホロジーが形成された。

0149

前記モルホロジーの差異は、ヘイズフィルムの光学特性に影響を及ぼす。本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイは、前述したモルホロジーの制御によりヘイズフィルムの光学特性を制御することができる。

0150

また、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイは、光の透過及び拡散を制御して光電素子の光効率を増進させるヘイズフィルムである。

0151

前記ヘイズフィルムは、前述したオプティカルヘイズの特性を有するフィルムとして、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイはヘイズフィルムであってもよく、前記ヘイズフィルムを光電素子に付着して使用することで、ヘイズフィルムを通過する光の透過率及び拡散透過率を制御して光電素子の光効率を増進させることができる。

0152

また、本発明の実施形態に係るナノワイヤー集合体110は、粘着基板(図示せず)に付着して分離可能である。

0153

例えば、粘着テープのような粘着性基板を用いてナノワイヤー集合体を形成するために使用したベース基板からナノワイヤー集合体を分離することができる。前記分離したナノワイヤー集合体は、光電素子に付着してヘイズフィルムとして使用してもよい。

0154

前述した本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイをヘイズフィルムとして使用し、光電素子に付着して使用する実施形態は以下で詳細に説明することにする。

0155

図7A図7Dは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じてプリンティングイメージを撮影する模式図と、撮影されたイメージを示す図である。

0156

本発明の実施形態によって、ナノワイヤーバンドルアレイをヘイズフィルムとして活用することができ、有機太陽電池(Organic Photovoltaic:OPV)のような光電素子の表面上に付着し得る。

0157

例えば、スコッチテープのような粘着性テープを用いてアルミニウム基板のようなベース基板からアルミナナノワイヤー集合体を分離して光電素子の表面に付着し得る。

0158

図7Aは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じてプリンティングイメージを撮影するための模式図であり、図7Aを参照すると、プリンティングイメージ上に選択された距離間隔(d)に離隔させて本発明の実施形態に係るヘイズフィルムを配置させる。

0159

図7Bは、プリンティングイメージとヘイズフィルムが互いに接触した場合を示す図であり、図7Cは、プリンティングイメージとヘイズフィルムとの間の距離間隔(d)が1.5cmである場合を示す図であり、図7Dは、プリンティングイメージとヘイズフィルムとの間の距離間隔(d)が3.0cmである場合を示す図である。

0160

図7B図7Dを参照すると、図7Bに示すように、プリンティングイメージにヘイズフィルムを接触させる場合(d=0、contact)、鮮明なプリンティングイメージを観察することができた。すなわち、高い光透明度を有するヘイズフィルムを実現することができた。

0161

一方、ヘイズフィルムをプリンティングイメージから選択された距離間隔が大きくなるほど、ヘイズフィルムに入射して透過する光が散乱することで、不鮮明に撮影されたプリンティングイメージが観察された。

0162

図8A及び図8Bは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの透過散乱の特性を評価するための実験の模式図及び実験で撮影されたイメージを示す図である。

0163

より詳しくは、図8Aを参照すると、図7B〜7Dで観察した光の散乱を視覚化するために、レーザを用いて本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムにレーザ光を透過させ、ヘイズフィルムを透過した光がスクリーンに拡散して照射されたイメージをカメラを用いて撮影したものである。

0164

具体的に、532nm波長を有する緑色レーザを用いて43分間のポア拡張をするためのエッチング時間を経て製造されたナノワイヤーバンドルアレイを含んでいるヘイズフィルムにレーザ光を透過させて、ヘイズフィルムを透過した光がヘイズフィルムから20cm離隔した白色スクリーンに拡散して照射された場合を示す図である。

0165

図8Bを参照すると、矢印のように表示された領域がヘイズフィルムを示す。図8Bに示すように、前記レーザビームはヘイズフィルムを通過した後、スクリーン上で高度散乱及び拡散されることを確認できた。

0166

図9A図9Cは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの総透過率、拡散透過率、及びヘイズ特性をそれぞれ示すグラフである。

0167

より詳細に、図9A図9Cは、それぞれ異なるヘイズ値を有する本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを備えて照射光波長による透過率を測定したグラフである。

0168

前述したように、総透過率に対する拡散透過率が占める比率をヘイズという。

0169

図9A図9Cに表示されたHazeA〜HazeDは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを製造する過程のうち、ポア拡張のためのエッチング時間がそれぞれ43分、44分、45分、及び46分で実施した場合であって、図9Aを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムはそれぞれの場合において85%〜96%の高い総透過率を示す。

0170

また、図9Bは、本発明の一実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの拡散透過率の特性を示すグラフであり、図9Bを参照すると、ヘイズフィルムは35%〜85%の高い拡散透過率を示す。

0171

図9Cは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムのヘイズ特性を示すグラフであり、図9Cを参照すると、前記ヘイズフィルムは35%〜99%の高いヘイズ値を示す。

0172

前記拡散透過率の特性及びヘイズ特性は前述したように、上記の様々な工程条件を調整することにより調整可能である。

0173

図10は、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池の光学特性を評価するための模式図であり、図11A図11Cは、図10の模式図における有機太陽電池の光学特性に対するグラフを示す図である。

0174

より詳細に、図11Aは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムが付着したり付着していない有機太陽電池の吸収スペクトルを示すグラフであり、図11Bは、前記ヘイズフィルムが付着したり付着していない有機太陽電池の電流密度−電圧(J−V)の特性を示すグラフであり、図11Cは、前記ヘイズフィルムが付着したり付着していない有機太陽電池のEQE(External Quantum Efficiency:外部量子効率)のスペクトルを示すグラフである。

0175

図10を参照すると、有機太陽電池の構成のうち最上段に配置するグラス(glass)の表面上に本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した。

0176

図11A図11Cに表示されたHazeA〜HazeCは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを製造する過程のうち、ポア拡張するためのエッチング時間がそれぞれ43分、44分、及び45分で実施した場合である。

0177

図11Aを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムが付着した有機太陽電池の吸収スペクトルは、ヘイズフィルムが付着していない有機太陽電池に比べて吸収スペクトルの変動が著しく減少している。

0178

また、図11Aに示すように、吸収スペクトルの谷(valley)での吸収が増加された。本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを通じて有機太陽電池の光吸収力を向上させることができた。

0179

より詳しくは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムに含まれたナノワイヤーバンドルアレイは、複数のナノボイド及び複数のナノリッジを含んでいるため、ヘイズフィルムを透過する光が高い散乱を行い、結局、入射した光の光経路は長くなる。

0180

これによって、有機太陽電池の活性層における光吸収特性も本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムによって強化される。

0181

また、部分自己凝集されたナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの場合、相対的に密集した自己凝集されたナノワイヤーバンドルアレイを含むヘイズフィルムよりも散乱センターが強化されることで、相対的に高い拡散透過率を示すだけではなく、相対的に高いオプティカルヘイズ値を見せている。

0182

例えば、図11Aに示すように、相対的に高いオプティカルヘイズ値を有するヘイズフィルムは、有機太陽電池に対する光吸収特性を効率よく促進する傾向があることが確認される。

0183

本実施形態で有機太陽電池の構造及び材料特性は、ヘイズフィルムのヘイズ値を除いては同一であるため、凝集度の低いヘイズフィルムが高いヘイズ値を有し、ヘイズフィルムを透過する光の光経路の長さを延長することができる。

0184

図11Bを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池の電流密度−電圧値がヘイズフィルムが付着していない有機太陽電池の電流密度−電圧値よりも低くなり、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを有機太陽電池に付着して使用した場合が光電変換の効率がさらに高いことを確認することができる。

0185

図11Cを参照すると、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池のEQE値が、ヘイズフィルムの付着していない有機太陽電池のEQE値よりも高く、これによってヘイズフィルムを有機太陽電池に付着して使用した場合が外部量子の効率がより優れることを確認することができる。

0186

図12は、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池のグラス基板における拡散透過した光の伝搬方向(propagation direction)を定量的に照射するための実験装置の模式図であり、図13A図13Cは、図12における有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光特性に対するグラフを示す図である。

0187

より詳細に、図13Aは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着したり付着していない有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光の角度分布を示すグラフであり、図13Bは、前記ヘイズフィルムが付着したり付着していない有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光の波長による反射率特性を測定した結果を示すグラフであり、図13Cは、前記ヘイズフィルムが付着したり付着していない有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光の波長による反射率の特性をシミュレーションFDTD simulation)した結果を示すグラフである。

0188

図12を参照すると、回転アームに固定された光検出器を使用し、532nmの緑色レーザビームを本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した半円筒プリズム(hemi−cylindrical prism)に照射した。

0189

図12に示すように、有機太陽電池の上段に配置されたグラス及び有機太陽電池の活性層における透過光の伝搬方向を定量的に把握するためのものであって、前記ヘイズフィルムを通じて透過したレーザビームの角度分布を測定することが可能である。

0190

図13Aを参照すると、図12に示す本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池のグラス基板を拡散及び透過する光の角度分布を測定した結果、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイの適用されたヘイズフィルムが付着した有機太陽電池のグラス基板が、前記ヘイズフィルムの付着していない有機太陽電池のグラス基板よりも相対的に大きい角度で光が拡散及び透過することが確認できた。

0191

すなわち、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムは、有機太陽電池の活性層に入射される光の光経路の長さを延長させ得る。

0192

図13B及び図13Cを参照すると、図12に示す本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した有機太陽電池で光吸収が高いことが確認できる。

0193

より詳しくは、図13Cに示すように、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムが付着していない領域への垂直方向の単一入射光と、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムを付着した領域に入射されて所定の角度を有する散乱された光によるシミュレーションの結果、図13Bに示すように、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムの付着された有機太陽電池で光吸収が高いことが確認できた。

0194

図14A及び図14Bは、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイを用いた光電素子に適用された例を示す図である。

0195

本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイは、光の透過及び拡散を制御して光電素子、光熱素子、及び光学素子のうち少なくとも1つ以上の効率を向上させることができる。

0196

図14Aを参照すると、図1A及び図1Bに示す本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイのナノワイヤー集合体110は、粘着基板130に付着して分離することができる。

0197

例えば、ナノワイヤー集合体110は、粘着テープのような粘着基板130を用いてナノワイヤー集合体110を形成するために使用したベース基板120からナノワイヤー集合体110を分離することができる。

0198

粘着基板130に付着したナノワイヤー集合体110から構成されたナノワイヤーバンドルアレイは、グラス(glass)、光電素子、光熱素子、及び光学素子140に応用し得る。

0199

また、実施形態に応じて、図14Bに示すように、ナノワイヤーバンドルアレイは、ナノワイヤー集合体110及びナノワイヤー集合体110を支持するベース基板120を含んでもよく、グラス、光電素子、光熱素子、及び光学素子に応用され、光の透過及び拡散を制御することができる。

0200

前述したように、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムによると、光電素子の光入射面にヘイズフィルムをコーティングして反射を低減させ、光活性層への入射角を大きくして光経路の増加及びこれによる光吸収率及び効率増大をもたらすだけではなく、未活用波長領域の太陽光波長を変換させるためのスペクトル変換層変換効率の向上にも活用され得る。

0201

また、本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムによると、LEDのような発光素子の表面にヘイズフィルムをコーティングすることによって、活性層で発生した光が全反射によって外部抽出が妨害されることを改善して光抽出効率を増加させると共に、付加的に活性層に戻る光が再び吸収されて熱エネルギーに変化することを防止することで、熱発生による素子の性能低下を予防することができる。

0202

前述した本発明の実施形態に係るナノワイヤーバンドルアレイが適用されたヘイズフィルムによると、指紋防止特性を有することでコンピュータディスプレイナビゲーションスマートフォンなどに用いられるタッチ型ディスプレイ、博物館美術館ガラスなど様々に活用され得る。

0203

上述したように本発明は、たとえ限定された実施形態と図面に基づいて説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。

0204

したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限って定められることなく、後述する特許請求の範囲のみならず、該特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。

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