KR20130136501A - 유리형 중합체 반사방지 필름, 이를 제조하는 방법 및 이를 사용하는 광 흡수 장치 - Google Patents

유리형 중합체 반사방지 필름, 이를 제조하는 방법 및 이를 사용하는 광 흡수 장치 Download PDF

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Abstract

투명한 반사-방지 구조화된 필름(10)은 구조화된 면(14)을 갖는 구조화된 필름 기재(12)를 포함하며, 예를 들어 프리즘형 리블릿(16)의 형태인 반사-방지 구조물들이 구조화된 표면을 한정한다. 구조화된 면은 광에 대해 반사-방지성이며, 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분이 유리형 표면을 포함한다. 적어도 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함하고, 유리형 표면은 화학량론적 SiO2를 포함한다. 광 에너지가 광 흡수기에 의해 흡수될 때 광 에너지의 공급원과 광 흡수기의 광 에너지 수용 면 사이에 있도록 배치되는 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 포함하는 태양 광 에너지 흡수 장치가 개시된다.

Description

유리형 중합체 반사방지 필름, 이를 제조하는 방법 및 이를 사용하는 광 흡수 장치{GLASS-LIKE POLYMERIC ANTIREFLECTIVE FILMS, METHODS OF MAKING AND LIGHT ABSORBING DEVICES USING SAME}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2010년 12월 8일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/421047호의 이득을 주장하며, 이 출원의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 투명한 반사-방지 구조화된 필름, 특히 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함하는 투명한 반사-방지 구조화된 필름, 그리고 더욱 상세하게는 유리형(glass-like) 표면을 가진 반사-방지 구조물들을 갖는 필름, 그러한 필름을 제조하는 방법, 및 그러한 필름을 포함하는 광 흡수 장치에 관한 것이다.
화석 연료를 연소시키는 것에 기초한 통상적인 발전(예컨대, 석유 및 석탄 기반 발전소)의 상승하는 비용, 및 연관된 온실 가스를 감소시키기 위한 요구로 인해, 통상적이지 않은 전력 공급원에 대한 투자가 증가하여 왔다. 예를 들어, 미국 에너지국은 태양열 발전(예컨대, 태양 에너지 기반 온수 및 전기 발생)의 연구 및 개발에 많이 투자하여 왔다. 하나의 그러한 통상적이지 않은 발전 공급원은 태양 광 에너지를 전기로 변환하는 광전지(photovoltaic cell)의 사용이다. 태양 광 에너지는 또한 주거용 및 상업용 사용을 위해 물을 직접적으로 또는 간접적으로 가열하는 데 사용되어 왔다. 이러한 증가된 수준의 관심과 함께, 그러한 통상적이지 않은 태양 에너지 기술이 광 에너지를 흡수하여 사용을 위해 입수가능한 태양 에너지의 양을 증가시킬 수 있는 효율을 개선하는 것에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 더 많은 유용한 광 에너지가 대응하는 광 흡수 요소(예컨대, 광전지) 내로 흡수되는 것을 가능하게 함으로써 태양 및 다른 광 에너지 흡수 기술의 효율을 향상(즉, 에너지 발생 가능성을 증가)시키는 방식을 제공한다.
실리콘 탄성중합체는 장기간의 자외 광 노출 하에서의 그들의 안정성에 대해 알려져 있고, 이들은 광학적으로 맑고(clear) 강인(tough)할 수 있다. 불행하게도, 실리콘 탄성중합체는 또한 먼지 및 오물 입자를 끌어당기고 픽업하고(pick-up) 보유하는 경향을 갖는 비교적 점착성인 표면을 갖는다. 지금까지, 먼지 및 오물을 픽업하고 보유하는 이러한 특성은 실리콘 탄성중합체를, 예컨대 광전지를 위한 광학적으로 투명한 프리즘형 커버와 같은 광 에너지 흡수 또는 변환 장치의 노출된 표면을 형성하기 위한 후보로는 바람직하지 않게 하였다. 본 발명은 실리콘 탄성중합체 재료의 구조화된 표면을 화학량론적 SiO2(SiO2 stoichiometry)를 포함하는 유리형 표면이 되도록 처리함으로써, 실리콘 탄성중합체 표면의 이러한 점착성이 상당히 감소될 수 있고 먼지 및 오물 입자 픽업에 대한 이들의 저항성이 상당히 증가될 수 있다는 발견에 적어도 부분적으로 근거를 둔다.
본 발명의 일 태양에서, 광에 대해 반사-방지성인 구조화된 표면을 한정하는 반사-방지 구조물들을 갖는 구조화된 면을 포함하는 구조화된 필름 기재를 포함하는 투명한 반사-방지 구조화된 필름, 시트, 웨브 등이 제공된다. 적어도 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함하고, 구조화된 표면의 전부, 대부분 또는 적어도 상당한 부분은 유리형 표면을 포함하며, 유리형 표면은 화학량론적 SiO2를 포함한다.
유리형 표면이 약 50 몰% 초과의 SiO2를 포함하는 것이 바람직하다. 유리형 표면이 약 50 몰% 초과의 SiO2 내지 약 90 몰%의 SiO2의 범위로 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 유리형 표면이 약 60 몰% 이상의 SiO2 내지 약 90 몰%의 SiO2의 범위로 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 유리형 표면은 약 60, 65, 70, 75, 80 또는 85 몰% 이상의 SiO2를 포함한다. 유리형 표면은 적어도 약간의 양의 SiOH를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, SiOH에 대한 임의의 언급은 SiOH뿐만 아니라 Si 및 OH를 또한 포함하는 다른 성분도 포함한다.
각각의 반사-방지 구조물의 외부 층만이 유리형인(즉, 각각의 반사-방지 구조물이 유리형 표면을 갖는) 것이 바람직하다. 반사-방지 구조물들은 구조화된 필름 기재의 기부 부분 또는 배킹(backing)으로부터 돌출하여 나올 수 있다. 유리형 표면의 깊이는 반사-방지 구조물들의 적어도 상당한 부분 상에 유리형 표면을 형성하기 위해 사용되는 처리(예컨대, 화염 온도 및 지속기간, UV 방사선 세기 및 지속기간, 산소 플라즈마 출력 및 지속기간 등)의 설정(예컨대, 세기 및/또는 지속기간)에 좌우된다.
본 발명의 다른 태양에서, 본 발명에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제조하는 방법이 제공된다. 방법은 광에 대해 반사-방지성인 반사-방지 구조화된 표면을 한정하는 반사-방지 구조물들을 포함하는 구조화된 면을 갖는 구조화된 필름 기재 - 적어도 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함함 - 를 제공하는 단계; 및 반사-방지 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분을 한정하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환시켜서 반사-방지 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분이 화학량론적 SiO2를 갖는 유리형 표면을 포함하도록 반사-방지 구조화된 표면을 처리하는 단계를 포함한다.
구조화된 필름 기재를 제공하는 단계는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 형성하도록 경화성인 실리콘 전구체(precursor) 재료를 제공하는 단계; 실리콘 전구체 재료를 구조화된 필름 기재의 형상으로 형성하는 단계; 및 구조화된 필름 기재를 형성하도록 실리콘 전구체 재료를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 태양에서, 광 흡수기(예컨대, 태양열 온수 순환 튜브 또는 다른 도관, 광전지 등) 및 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 포함하는 광 에너지 흡수 장치(예컨대, 태양열 온수 시스템, 광기전 전기 발생 시스템(photovoltaic electric generating system) 등)가 제공된다. 광 흡수기는 광 에너지 수용 면을 갖고, 투명한 반사-방지 구조화된 필름은 적어도 광 에너지의 공급원으로부터의 광 에너지가 광 흡수기에 의해 흡수되는 동안 광 에너지의 공급원(예컨대, 태양)과 광 에너지 수용 면 사이에 있도록 배치된다. 광 에너지 흡수 장치(예컨대, 태양 에너지 변환 장치)는 다수의 응용, 즉 지상에 한정된(earth-bound) 응용 및 우주-기반(space-based) 응용 둘 모두에서 사용된다. 일부 실시예에서, 태양 에너지 변환 장치는 자동차, 항공기, 기차, 보트 또는 우주 위성과 같은 지상-기반, 물-기반, 공기-기반 및/또는 우주-기반 운송 수단에 부착될 수 있다. 이들 환경 중 많은 것은 유기 중합체 재료에 매우 부적당할 수 있다.
본 발명의 추가의 태양에서, 광 에너지 흡수 장치를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은 본 발명에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제공하는 단계, 광 수용 면을 갖는 광 흡수기를 제공하는 단계, 및 광이 반사-방지 구조화된 필름을 통해 광 흡수기의 광 수용 면으로 통과할 수 있도록 광 흡수기에 관하여 반사-방지 구조화된 필름을 고정하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이 그리고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "필름"은 시트, 웨브 및 유사한 구조물과 동의어이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "투명한"은 그를 통한 원하는 대역폭의 광 투과를 허용하는, 구조물, 즉 본 발명의 필름의 능력을 지칭한다. 구조물은, 또한 맑은 것으로 고려됨이 없이, 그 용어가 본 명세서에 사용되는 바와 같이 여전히 투명할 수 있다. 즉, 구조물은 탁한(hazy) 것으로 고려될 수 있고, 그 용어가 본 명세서에 사용되는 바와 같이 여전히 투명할 수 있다. 본 발명에 따른 투명한 구조물이 그를 통한 85%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97% 또는 98% 이상의 광 투과율을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 본 발명은 넓은 대역의 광 파장에 대해 유용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명이 약 400 ㎚ 내지 약 2500 ㎚의 파장 대역 내의 광의 투과에 대해 투명한 것이 바람직할 수 있다. 이러한 대역은 일반적으로 근적외(IR) 광을 포함하는 가시 광의 대역에 대응한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "반사-방지 구조물들"은 광이 임계각을 넘어서 중합체 재료에 진입하고 내부적으로 투과되도록 광의 입사각을 변경시키는 표면 구조물들을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "유리형 표면"은 실리콘 탄성중합체 기재(즉, 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료, 열가소성 실리콘 탄성중합체 재료, 또는 둘 모두를 포함하는 기재)의 표면을 지칭하며, 여기서 표면은 화학량론적 실리카(SiO2)를 포함하고 100% 유리 표면에 의해 나타나는 것과 동등한 또는 적어도 유사한 먼지 및 오물 입자 픽업에 대한 저항성(즉, 내먼지성) 및/또는 내마모성을 나타낸다. "유리형 표면"은 친수성일 수 있지만, 친수성일 필요가 없을 수도 있다. 또한, "유리형 표면"은 후술되는 바와 같은 먼지 픽업 시험, 폴링 샌드(falling sand) 시험 또는 두 시험 모두를 받은 후에, 그의 의도된 광 에너지 흡수 응용에 대해 허용가능한 광 투과율의 정도를 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 반사-방지 구조화된 표면의 일부분은, 먼지 픽업 시험, 폴링 샌드 시험, 또는 둘 모두의 시험이 그와 같이 시험된 후에 유리형 표면에 의해 나타나는 광 투과율의 정도 및/또는 광 투과율의 변화에 대해 가지는 영향에 의해 입증되는 바와 같은, 그 표면이 그러한 시험에 대한 원하는 저항성을 나타낼 때, 실질적으로 유리형이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "화학량론적 실리카 또는 SiO2"는 조성물이 실리카 유리의 특성들 중 적어도 일부를 나타내는 실리카의 화학량론(즉, 산소 대 규소의 2 대 1 비)에 충분히 근접한 비율로 규소 및 산소를 함유하는 조성물을 지칭한다. 예를 들어, 조성물은 그것이 적어도 1.25 대 1.00, 적어도 1.5 대 1.0, 적어도 1.75 대 1.00의 산소 대 규소 비를 갖고 바람직하게는 약 2.0 대 1.0의 산소 대 규소 비에 더 근접하거나 동일할 때, 화학량론적 실리카를 갖는다.
용어 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한(including)" 및 그 변형은 이들 용어가 본 설명 및 특허청구범위에서 나타날 경우 제한적 의미를 갖지 않는다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"은 소정의 환경 하에서 소정의 이득을 제공할 수 있는 본 발명의 실시예를 지칭한다. 그러나, 동일한 또는 다른 상황 하에서 다른 실시예가 또한 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예의 언급은 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시예를 배제하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, "하나(a, an)", "그(the)", "적어도 하나" 및 "하나 이상"은 서로 교환가능하게 사용된다.
용어 "및/또는"은 열거된 요소들 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소들 중 임의의 2개 이상의 조합을 의미한다(예컨대, 반사-방지 구조화된 표면을 처리하기 위해 UV 광, UVO, 산소 플라즈마, 및/또는 열은 사용하는 것은 UV 광, UVO, 산소 플라즈마, 열 또는 3개의 임의의 조합을 사용하는 것을 의미한다).
또한, 본 명세서에서, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수(예컨대, 범위 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 4.6, 5, 5.3 등을 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 반사-방지 구조화된 필름의 사용은 반사되고 광 에너지 흡수 장치의 광 흡수 요소(들)에 도달하지 않는 광의 양의 감소를 보여주었다. 예를 들어, 그러한 반사-방지 구조화된 필름은 통상적인 광기전 태양열 모듈(photovoltaic solar module)이 약 3% 내지 약 7% 범위의 평균 전력 출력 증가를 경험하는 것을 가능하게 하였다. 본 발명은 반사-방지 구조화된 필름의 노출된 표면의 먼지 및 오물 입자 픽업에 대한 저항성(즉, 내먼지성) 및/또는 내마모성을 향상시킴으로써, 광 에너지 흡수 장치의 수명 동안 그러한 반사-방지 구조화된 필름을 통한 광의 투과율을 유지하는 것을 도울 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명은 그러한 광 에너지 흡수 장치의 광 노출 표면(들)에서 반사되는 입사 광의 양을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 특히, 유리형 표면을 가짐으로써, 본 발명의 구조화된 면은, 유리형 표면이 없는 동일한 실리콘 탄성중합체 재료와 비교할 때뿐만 아니라 다른 중합체 재료(예컨대, 폴리우레탄)로 제조된 동일한 구조화된 면과 비교할 때, 세척하기에 보다 용이하고(즉, 먼지 픽업에 대해 더욱 저항성임), 비교적 양호한 기계적 내구성(예컨대, 폴링 샌드에 대한 저항성)을 갖는다. 그러한 구조화된 면 상에 축적되는 먼지 및 오물 입자는 또한 세척하기에 비교적 보다 용이할 수 있다.
광 에너지 흡수 장치 및 특히 반사-방지 구조화된 필름의 구조화된 면은 외부 환경으로부터의 다양한 해로운 상태에 노출될 수 있다. 예를 들어, 구조화된 면은 구조화된 면의 구조화된 표면을 손상시킬 수 있는 비, 바람, 우박, 눈, 얼음, 날린 모래 등과 같은 환경 요소에 노출될 수 있다. 또한, 태양으로부터의 열 및 UV 방사선 노출과 같은 다른 환경 상태에의 장기간 노출은 또한 구조화된 면의 열화를 야기할 수 있다. 예를 들어, 많은 중합체 유기 재료는 UV 방사선에의 반복 노출 시에 파손되기 쉽다. 예를 들어 태양 에너지 변환 장치와 같은 광 에너지 흡수 장치에 대한 내후성은 일반적으로, 재료가 성능의 저하 또는 손실 없이 수년 동안 기능할 수 있는 것이 바람직하기 때문에, 연 단위로 측정된다. 재료가 광 투과성 또는 기계적 완전성의 심각한 손실 없이 최대 20년의 실외 노출을 견딜 수 있는 것이 바람직하다. 전형적인 중합체 유기 재료는 20년과 같은 장기간 동안 광 투과성 또는 기계적 완전성의 손실 없이 외부 노출을 견딜 수 없다. 적어도 일부 실시예에서, 본 발명의 구조화된 면은 약 5년 이상 내지 약 20년 이상의 범위에서 그리고 가능하게는 더 길게(예컨대, 약 25년 이상) 내먼지성 및/또는 기계적인 내구성을 나타내는 것으로 예상된다. 또한, 실리콘 재료로 제조되기 때문에, 구조화된 면은 약 15년, 약 20년, 또는 심지어 약 25년 이상의 장기간 UV 안정성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 잠재적인 이점은 유사한 도면 부호가 유사한 부분을 나타내도록 사용되는 본 발명의 도면 및 상세한 설명에서 추가로 도시되고 기술된다. 그러나, 도면 및 설명은 예시의 목적만을 위한 것이며 본 발명의 범주를 부당하게 제한하는 방식으로 읽혀져서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름 실시예의 측면 에지 도면.
<도 2>
도 2는 본 발명의 대안적인 투명한 반사-방지 구조화된 필름 실시예의 측면 에지 도면.
<도 3>
도 3은 본 발명의 다른 투명한 반사-방지 구조화된 필름 실시예의 측면 에지 도면.
<도 4>
도 4는 광 흡수기에 의해 흡수되는 광의 양을 증가시키도록 배치된 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 갖는 광 에너지 흡수 장치 실시예의 측면도.
<도 5>
도 5는 광 흡수기에 의해 흡수되는 광의 양을 증가시키도록 할 때 입사 광이 이동할 수 있는 반사의 경로를 도시하는 다른 광 에너지 흡수 장치 실시예의 측면도.
하기의 설명은 예시적인 실시예를 더욱 상세하게 예시한다. 본 발명의 하기의 실시예를 기술함에 있어서, 특정 용어가 명확성을 위해 사용된다. 그러나, 본 발명은 그와 같이 선택된 특정 용어로 제한되고자 하는 것은 아니며, 그와 같이 선택된 각각의 용어는 유사하게 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다. 또한, 동일한 도면 부호가 상이한 예시된 실시예의 동일하거나 유사한 요소를 식별하도록 사용된다.
반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 투명한 반사-방지 구조화된 필름(10)은 예를 들어 광에 대해 반사-방지성인(도 5 참조) 프리즘형 리블릿(prismatic riblet)(16)의 형태인 반사-방지 구조물들을 가진 주 구조화된 면(14)을 갖는 구조화된 필름 기재(12)를 포함한다. 각각의 반사-방지 구조물(예컨대, 리블릿)(16)은 팁 각도(tip angle)(α), 트로프-피크간(trough to peak) 높이(HTP), 및 노출된 구조화된 표면(18)을 갖는다. 2개의 인접한 반사-방지 구조물(예컨대, 리블릿)(16)은 그들 사이에 트로프 각도(β) 및 피크간 거리(DPP)를 한정한다. 필름(10)은 반사-방지 구조물들(16)이 그로부터 연장하는 기부 부분(20)을 추가로 포함한다. 기부 부분(20)은 예시된 바와 같이 구조물들(16)의 일체로 형성된 부분일 수 있거나, 점선(21)에 의해 나타낸 바와 같이 별개의 층일 수 있다. 이들의 내구성을 개선하기 위해, 둥근 피크(RP) 및 둥근 트로프(RT)를 갖는 리블릿(16)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
구조화된 필름 기재(12)는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함한다. 실리콘 탄성중합체 재료는 예를 들어 열 경화 또는 축합 경화될 수 있는 2-부분 실리콘 고무(예컨대, 모멘티브(Momentive) RTV615 실리콘), 전자 빔(e-빔) 경화될 수 있는 폴리다이메틸 실록산(예컨대, 미국 펜실베이니아주 모리스빌 소재의 젤레스트(Gelest)로부터 입수가능한 DMS-S51) 등 또는 이들의 조합일 수 있다. 구조화된 표면을 형성하기 위해 사용될 수 있는 실리콘 재료의 다른 특정한 예는 예컨대 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 입수가능한 실가드(Slygard) 184 또는 웨커 케미 아게(Wacker Chemie AG)로부터 입수가능한 엘라스토실(Elastosil) 601과 같은 다른 수소규소화 경화 실리콘; 예컨대 다우 코닝으로부터 입수가능한 732 및 734 RTV 실리콘과 같은 축합 경화 실리콘, 및 예컨대 젤레스트로부터 입수가능한 DMS-S42 또는 웨커로부터 입수가능한 EL 폴리머(Polymer) NA와 같은 전자 빔 가교결합성 실리콘이다.
구조화된 면(14)은 각각의 구조물(16)의 표면(18)의 전부, 대부분 또는 적어도 상당한 부분을 한정하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환시키는 처리에 노출된다. 그러한 처리는 예를 들어 진공-자외(VUV) 광(예컨대, 172 ㎚ 엑시머(Excimer) VUV 램프 처리), 진공-자외 광 및 오존(VUVO), 화염, 산소 플라즈마, 및 화학량론적 SiO2를 나타내도록 실리콘 탄성중합체 재료 내의 규소 원자를 변환시킬 수 있는 임의의 다른 처리 중 하나 또는 조합에 실리콘 재료를 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 유리형 재료는 각각의 구조물(16) 내로 깊이(D)로 형성된다. 유리형 재료의 깊이(D)는 노출 세기 및/또는 처리의 지속기간에 좌우된다. 따라서, 유리형 재료는 구조물(16) 각각에 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료의 코어 또는 잔여부(22)를 남기거나, 유리형 재료로 완전하게 형성된 각각의 구조물(16)을 남기는 깊이(D)로 형성될 수 있다. 이후의 실시예에 있어서, 미처리된 실리콘 탄성중합체 재료로 제조된 (예컨대 점선(21) 아래의) 필름 기재(12)의 잔여부가 있을 수 있다. 구조화된 표면(18)을 형성하는 재료가 더 근접하게 화학량론적 SiO2를 나타낼수록, 표면(18)은 먼지 및 오물 입자 픽업에 대해 저항성(먼지 픽업 시험 결과에 의해 나타냄), 내마모성(폴링 샌드 시험 결과에 의해 나타냄) 또는 둘 모두로 될 가능성이 더욱 높다.
이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 유리형 표면은 고 에너지 광자의 흡수를 통해 또는 열 산화를 통해 반사-방지 구조물들의 노출된 표면 상에서 그리고 그 부근에서 Si-C 결합을 파괴함으로써 형성되는 것으로 여겨진다. 그러한 Si-C 결합의 파괴 후에, 화학량론적 SiO2를 형성하도록 축합되는 SiOH가 생성된다.
본 발명에 따른 필름(10) 또는 임의의 다른 투명한 반사-방지 구조화된 필름이 선택적인 투명한 지지 배킹(24)과 조합되어 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 실시예에 있어서, 지지 배킹(24)은 주 면(24a)을 갖고, 구조화된 필름 기재(12)는 투명한 강화된 반사-방지 구조화된 필름을 형성하도록 지지 배킹(24)의 주 면(24a)에 접합된 주 배킹 면(12a)을 추가로 포함한다. 지지 배킹(24)은 중합체 재료 또는 유리 또는 다른 투명한 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 중합체 재료는 폴리메틸(메트)아크릴레이트(PMMA) 필름, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 프라이밍된(primed) PET 필름, 폴리카르보네이트 필름, 가교결합된 폴리우레탄 필름, 아크릴레이트 필름, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 플루오르화 에틸렌-프로필렌(FEP) 필름, 또는 이들의 블렌드 중 적어도 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. (예컨대, 시바 가이기(Ciba Geigy)로부터의 티누빈(Tinuvin) 1577, 및 둘 모두 미국 사우스캐롤라이나주 던컨 소재의 수카노 폴리머즈 코포레이션(Sukano Polymers Corporation)으로부터 입수가능한 수카노(Sukano) TA11-10 MB03 PMMA-UVA 및 수카노 TA07-07 MV02 PET-UVA와 같은) 자외 광 흡수제가 개선된 실외 내구성을 위해 PMMA 및 PVDF와 PMMA의 블렌드 내로 혼입될 수 있다. 다른 투명한 세라믹 재료는 예컨대 석영 결정 등일 수 있다. 투명한 부직 또는 직조 섬유 재료, 또는 쵸핑된(chopped) 투명한 섬유가 또한 지지 배킹(24)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 섬유 재료는 구조화된 필름(10)을 형성하는 실리콘 탄성중합체 내에 배치되거나, 구조화된 필름(10) 상에 배치되거나, 둘 모두일 수 있다.
투명한 지지 배킹(24)은 또한 정전기를 소산시키기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 지지 배킹은 지지 배킹(24)이 정전기를 소산시키도록 할 수 있는 하나 이상의 중합체 재료를 포함할 수 있다. 정전기를 소산시키기 위해, 투명한 지지 배킹(24)은 또한 루브리졸 코프.(Lubrizol Corp.)로부터의 스타트라이트(STATRITE) X5091 폴리우레탄 또는 스타트라이트 M809 폴리메틸 메타크릴레이트로서 입수가능한 것들과 같은 본질적으로 정전기 소산성인 중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)사로부터 입수가능한 FC4400과 같은 정전기 소산성 염이 투명한 지지 배킹(24)을 제조하는 사용되는 중합체(예컨대, PVDF) 내로 블렌딩될 수 있다. 추가로, 또는 대안적으로, 구조화된 필름 기재(12)는 그러한 정전기 소산성 염을 포함할 수 있다.
지지 배킹(24) 대신에 또는 그에 더하여, 본 발명에 따른 필름(10) 또는 임의의 다른 투명한 반사-방지 구조화된 필름이 선택적인 수분 장벽 층(26)과 조합되어 사용되는 것이 또한 바람직할 수 있다. 그러한 실시예에서, 수분 장벽 층(26)은 예를 들어 구조화된 필름 기재(12)의 주 배킹 면(12a) 상에 하나 이상의 중간 층(예컨대, 지지 배킹 층(24))을 통해 간접적으로 또는 그 상에 직접적으로 내습성 장벽 층(26)을 라미네이팅, 코팅 또는 달리 접합함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 수분 장벽 층(26)은 수분 장벽 특성을 나타내도록(예컨대, 수분 흡수, 침투 등을 억제하도록) 필름(10)의 조성물을 제형화함으로써 형성될 수 있다.
수분 장벽은 예를 들어 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 국제 특허 출원 PCT/US2009/062944호, 미국 특허 제7,486,019호 및 제7,215,473호, 및 공개된 미국 특허 출원 제2006/0062937 A1호에 개시된 장벽 층들 중 하나 이상 또는 장벽 조립체일 수 있다. 실리콘이 높은 수증기 투과율을 갖고 광전지가 전형적으로 수분에 민감하기 때문에, 수분 장벽이 유용할 수 있다. 따라서, 수분 장벽 층으로 배킹됨으로써, 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름은 수분 민감성 광전지(예컨대, 구리/인듐/갈륨/셀레늄 또는 CIGS 광전지) 상에 직접 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름의 다른 실시예(10a)에서, 주 구조화된 면(14)은 반사-방지 구조물들(16) 각각의 실리콘 탄성중합체 재료의 전부가 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환되게 하는 처리의 정도/지속기간에 노출된다. 이러한 실시예에 있어서, 필름 기재(12)의 잔여부(22)는 실리콘 탄성중합체 재료로 남아 있다. 점선(23)은 실리콘 탄성중합체 재료 부분으로부터 기재(12)의 유리형 재료 부분을 분리한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름의 추가의 실시예(10b)에서, 반사-방지 구조물들(16) 각각은 별개의 기부 부분(20')으로부터 연장하여 나온다. 별개의 기부 부분(20')은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료의 하나 이상의 층일 수 있거나, 별개의 기부(20')는 상이한 재료(예컨대, PMMA, PVDF 및 PET과 같은 덜 고가의 재료)의 하나 이상의 층일 수 있다. 별개의 기부(20')는 실리콘 탄성중합체 재료와 상이한 재료 사이의 상용성에 따라 임의의 적합한 수단에 의해 반사-방지 구조물들(16)에 접착되거나 달리 접합된다. 예를 들어, 기부 부분(20')은 실리콘 탄성중합체 반사-방지 구조물들(16) 각각의 주 배킹 면(16a)을 수용하고 그와 접합되도록 선택적으로 프라이머(primer)로 코팅되거나 달리 처리(예컨대, 코로나 처리) 또는 제조된 주 면(20a)을 가질 수 있다. 반사-방지 구조물들(16)은 예를 들어 반사-방지 구조물들(16)의 원하는 패턴과 정합하는 그의 주 표면들 중 적어도 하나 내에 형성된 미세-복제된 패턴을 갖는 툴링(tooling) 필름(도시 안됨)을 사용함으로써 형성될 수 있다.
원하는 실리콘 탄성중합체 전구체 재료의 층이 기부 부분 면(20a)의 표면 상으로 압출, 코팅 또는 달리 적용될 수 있다. 이어서, 툴링 필름의 미세-복제된 주 표면이 원하는 반사-방지 구조물들(16)의 형상으로 적용된 실리콘 탄성중합체 전구체 재료의 노출된 표면을 형성하도록 실리콘 탄성중합체 전구체 재료의 층과 접촉하게 될 수 있다. 대안적으로, 실리콘 탄성중합체 전구체 재료의 층이 툴링 필름의 미세-복제된 주 표면 상으로 압출, 코팅 또는 달리 적용될 수 있고, 이어서 적용된 전구체 재료의 노출된 후방 표면이 기부 부분 면(20a)의 표면과 접합하도록 라미네이팅되거나 달리 접촉되게 될 수 있다. 대안적으로, 실리콘 탄성중합체 전구체 재료의 층은 툴링 필름의 미세-복제된 주 표면과 기부 부분 면(20a)의 표면 사이로 직접 압출, 코팅 또는 달리 적용될 수 있고, 이로써 3개의 층 모두가 예를 들어 닙 롤 스테이션을 통과하는 것에 의해서와 같이 함께 라미네이팅된다. 일단 형성된 전구체 재료가 기부 부분 면(20a)의 표면과 접촉하게 되면, 실리콘 탄성중합체 전구체 재료는 초기에 가교결합되거나 경화되고, 툴링이 제거되고, 적어도 반사-방지 구조물들(16)의 표면(18) 내에 유리형 재료를 생성하는 후속 처리가 이어진다.
반사-방지 구조물들은 프리즘형, 피라미드형, 원뿔형, 반구형, 포물선형, 원통형, 및 원주형 구조물들 중 적어도 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. 프리즘들을 포함하는 반사-방지 구조물들은 약 90도 미만, 약 60도 이하, 약 30도 이하, 또는 약 10도 내지 최대 약 90도 범위의 프리즘 팁 각도(α)를 가질 수 있다. 그러한 반사-방지 프리즘 구조물은 또한 약 2 마이크로미터 내지 약 2 ㎝ 범위의 트로프간 또는 피크간 피치(pitch) 또는 거리를 나타낼 수 있다. 프리즘들을 포함하는 반사-방지 구조물들은 또한 약 15도 내지 약 75도 범위의 프리즘 팁 각도를 가질 수 있다. 프리즘들을 포함하는 반사-방지 구조물들은 약 10 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 트로프간 또는 피크간 피치를 가질 수 있다. 개선된 내구성을 가진 반사-방지 구조물(16)의 일 실시예에서, 리블릿(16)은 약 5 마이크로미터의 반경, 약 53도의 트로프 각도(β), 약 50 마이크로미터의 피크간 피치 또는 거리(DPP), 및 약 37.7307 마이크로미터의 트로프-피크간 높이(HTP)를 갖는 둥근 피크(RP) 및 트로프(RT)를 갖는다.
반사-방지 구조물들이 약 1.55 미만인 굴절률, 바람직하게는 약 1.50 미만인 굴절률을 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 반사-방지 구조물들이 프리즘 구조물들(예컨대, 선형 프리즘 구조물 또는 리블릿)을 포함할 때, 프리즘들 각각이 그들의 기부로부터, 약 90도 미만, 바람직하게는 약 60도 이하인 정점각을 갖는 팁까지 좁아지는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 프리즘 구조물이 약 10 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 트로프-피크간 높이를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 프리즘 구조물이 약 25 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터 범위의 트로프-피크간 높이를 갖는 것이 또한 바람직할 수 있다.
본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름이, 구조화된 표면이 먼지 픽업 시험, 폴링 샌드 시험, 또는 둘 모두의 시험의 조합에 노출된 후에, 약 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상의 광 투과율을 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 이들 시험은 아래에서 기술된다. 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름이, 구조화된 표면이 먼지 픽업 시험, 폴링 샌드 시험, 또는 둘 모두의 시험의 조합에 노출된 후에, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 미만의 광 투과율의 변화를 나타내는 것이 또한 바람직할 수 있다.
본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름은 또한 반사-방지 구조물들의 실리콘 탄성중합체 재료 내에 무기 입자, 바람직하게는 나노입자를 포함할 수 있다. 이들 입자는 임의의 적절한 무기 재료(예컨대, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등, 또는 이들의 임의의 조합)를 포함할 수 있다. 그러한 입자는 또한 실리콘 중의 분산을 촉진하기 위해 실란 표면 개질제로 코팅될 수 있다. 그러한 입자는 약 2.0 마이크로미터 이하의 범위의 크기를 가질 수 있다. 실리카 입자는 최대 마이크로미터 크기일 수 있지만, 다른 재료로 제조된 입자는 나노미터 크기(즉, 약 5 ㎚ 내지 약 50 ㎚ 이하의 범위)로 사용되는 것이 바람직하다. 그러한 입자, 특히 나노입자는 또한 0 중량% 내지 약 60 중량% 이하의 범위로 실리콘 탄성중합체 재료 내에 로딩될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름(10)의 임의의 실시예가 예를 들어 광원 열 에너지 흡수 장치(예컨대, 태양열 온수 시스템), 광기전 장치 또는 임의의 다른 광 에너지 흡수 장치와 같은 광 에너지 흡수 장치(30)에 사용될 수 있다. 그러한 장치(30)는 또한 광 에너지 수용 면(32a)을 갖는 광 흡수기(32)(예컨대, 광전지)를 포함하고, 이때 투명한 반사-방지 구조화된 필름(10)은 광 에너지의 공급원(예컨대, 태양)과 광 에너지 수용 면(32a) 사이에 있도록 광 흡수기(32)에 대해 배치된다. 이러한 방식으로, 공급원으로부터의 광 에너지는 광 흡수기(32)에 의해 흡수되기 전에 구조화된 필름(10)을 통과한다. 필름(10)은 광 에너지 수용 면(32a)과 직접 접촉하도록 접합, 접착, 기계적 체결 또는 달리 배치될 수 있다. 대안적으로, 필요할 경우, 투명한 지지 배킹(24) 또는 다른 중간 층들 중 하나 이상이 필름(10)과 광 흡수기(32) 사이에 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 광 에너지 흡수 장치(30)의 광 흡수기(32)와 함께 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름(10)을 사용함으로써, 반사-방지 구조물들(16)의 표면(18)에 충돌하는 입사 광(화살표(40)에 의해 나타냄)은 다수회 반사되기 쉽다(화살표(40R)에 의해 나타냄). 광(40)의 그러한 다수회 반사는 광(40)이 광 흡수기(32) 내로 굴절될 확률뿐만 아니라, 입사 광 수용각을 증가시킬 확률을 증가시킨다. 이러한 방식으로, 그러한 투명한 반사-방지 구조물들의 사용은 장치(30)의 효율 및 에너지 출력을 증가시킬 수 있다.
광 흡수 장치가 광기전 장치일 때, 광 흡수기는 태양 또는 다른 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 적어도 하나의 광전지를 갖는 광기전 모듈이다. 반사-방지 구조화된 필름은 표면 반사를 감소시키고, 이는 광전지 상에 충돌하는 광의 양을 증가시켜서 전기 에너지의 증가된 생산으로 이어질 수 있다. 이러한 방식으로 본 발명의 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 사용함으로써, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율은 약 3% 이상만큼, 그리고 가능하게는 약 5% 내지 약 10% 이하의 범위로 개선될 수 있다. 투명한 반사-방지 구조물들이 필름의 형태이기 때문에, 광전지는 손상 없이 롤로 감기거나 접히도록 충분히 가요성이고 유연성일 수 있다.
본 발명의 광 에너지 흡수 장치는 광이 반사-방지 구조화된 필름을 통해 광 흡수기(예컨대, 광전지)의 광 수용 면으로 통과할 수 있도록 광 흡수기에 반사-방지 구조화된 필름을 기계적으로 부착, 접착식으로 접합 또는 달리 고정함으로써 제조될 수 있다. 광 흡수기는 예를 들어 태양열 온수 히터 또는 다른 광 발생 열 에너지 흡수 장치, 태양 또는 다른 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 광전지 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름은 전술된 것과 같은 투명한 구조화된 필름 기재를 제공하고, 이어서 구조화된 표면을 한정하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료의 전부, 대부분 또는 적어도 상당한 부분이 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환되도록 구조화된 표면을 처리함으로써 제조될 수 있다. 초기 구조화된 필름 기재의 반사-방지 구조화된 표면은 예를 들어 반사-방지 구조화된 표면을, 예를 들어 진공-자외(VUV) 광(예컨대, 172 ㎚ 엑시머 처리), 진공-자외 광 및 오존(VUVO), 산소 플라즈마, 및 열(예컨대, 유도 가열, 화염 등) 중 적어도 하나 또는 조합과 같은 임의의 적합한 처리에 노출시킴으로써 유리형 표면을 형성하도록 처리될 수 있다. 대량 제조 설비에서 사용하기에 적합하도록, 그러한 처리는 비교적 신속하게 수행될 필요가 있다. 특히, 예를 들어 고속(즉, 대량) 웨브-기반 제조 공정은 예를 들어 약 5분 이하만큼 짧은 처리 시간의 사용을 필요로 할 것이다. 동시에, 실리콘 재료의 표면은 규소로부터 화학량론적 SiO2로의 원하는 수준의 변환을 생성하기 위해 충분한 기간 동안(예컨대, 5 내지 300초의 172 ㎚ 엑시머 램프 노출) 그리고 적합한 에너지 수준(예컨대, 50 ppm 미만의 산소의 질소 불활성 분위기에서 10 내지 50 mW/㎠)에서 처리될 필요가 있다. 유리형 표면을 생성하기 위해 사용되는 처리의 설정(예컨대 세기 및/또는 지속기간)에 따라, 유리형 재료로 변환되지 않은 구조화된 필름 기재의 잔여 부분이 있을 수 있다. 예를 들어 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 처리 설정은 또한 반사-방지 구조물들 각각을 한정하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료의 전부가 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환되도록 선택될 수도 있다. 대안적으로, 처리 설정은 반사-방지 구조물들 각각의 코어 부분이 실리콘 탄성중합체 재료로 남아 있도록 선택될 수 있다(도 1, 도 3 및 도 4 참조). 에너지 비용을 절약하기 위해, 반사-방지 구조화된 표면이 유리형 표면으로 변환되는 깊이 및 정도를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다.
투명한 구조화된 필름 기재는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 형성하도록 경화성인 실리콘 탄성중합체 전구체 재료를 제공함으로써 제조될 수 있다. 이러한 실리콘 탄성중합체 전구체 재료는 임의의 적합한 형성 기술을 사용하여 구조화된 필름 기재의 형상으로 형성된다. 예를 들어, 적절한 크기의 홈이 기재 내에 형성될 수 있고, 이어서 기재는 구조화된 필름 기재의 반사-방지 구조물들을 가진 주 구조화된 면을 캐스팅하도록 실리콘 탄성중합체 전구체 재료가 그 상에 코팅되는 주형 표면으로서 사용될 수 있다. 그러한 주형 기재는 예를 들어 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 공개 제2006/0234605호에 개시된 기술 및 장비에 따라 제조될 수 있다. 이러한 형상으로 있는 상태에서, 실리콘 탄성중합체 전구체 재료는 구조화된 필름 기재를 형성하도록 경화된다. 대안적으로, 미국 특허 공개 제2006/0234605호에 개시된 공구가, 이후 주형 표면으로서 사용되는 중합체 주형 기재(예컨대, 필름의 형태임) 내에 적절한 크기의 홈을 캐스팅하도록 사용될 수 있다. 사용되는 실리콘 탄성중합체 전구체 재료에 따라, 경화 공정은 전구체 재료에 가교결합 처리(예컨대, 열 및/또는 방사선 처리)를 가하는 것을 수반할 수 있다. 전구체 재료가 2-부분 자가 경화 실리콘 탄성중합체 재료일 때, 경화 공정은 가교결합이 일어나는 것을 가능하게 하도록, 2개의 부분이 혼합된 후, 충분히 오랜 기간 동안 전구체 재료를 주형 표면과 접촉한 상태로 유지하는 것을 수반할 수 있다.
하기의 예들은 단지 본 발명의 특징, 이점, 및/또는 다른 상세 사항을 추가로 예시하기 위해 선택되었다. 그러나, 이 예들이 이와 같은 목적으로 역할하지만, 사용된 특정 성분 및 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명의 범주를 부당하게 제한하는 방식으로 해석되어서는 안 된다는 것을 명확히 이해하여야 한다.
예
예 1
미국 뉴욕주 워터포드 소재의 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈(Momentive Performance Materials)로부터 입수가능한 RTV615 파트(Part) A 및 RTV615 파트 B를 10:1 비로 혼합하였고, 4개의 석영 유리 슬라이드 각각의 상으로 100 마이크로미터 두께로 코팅하였다. 실리콘 코팅된 석영 유리 슬라이드를 후속하여 컨벡션 오븐(convection oven) 내에서 30분 동안 85℃로 가열하여 열 경화성 실리콘 탄성중합체 전구체 재료를 가교결합/경화시켰다. 가교결합된 실리콘으로 코팅된 이들 유리 슬라이드(샘플 2 내지 샘플 5)를 이어서 표 1에 도시된 바와 같이 화염 처리에 노출시켰다. 이들 화염 처리된 실리콘 코팅된 유리 구성물을 이어서 저장 모듈러스(Storage Modulus)에 대해 나노-인덴테이션(nano-indentation)에 의해 분석하였다. 이들 화염 처리된 실리콘 코팅된 유리 구성물에서의 모듈러스 변화가 표 1에 나타나 있다.
Figure pct00001
예 2
14개의 7.6 ㎝ (3 인치) × 5.1 ㎝ (2 인치) 유리 슬라이드(브이더블유알 인터내셔널, 엘엘씨(VWR International, LLC.)로부터 입수가능함)를 나노-실리카계 프라이머로 프라이밍하였다. 나노-실리카 프라이머는 HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 된, H2O 중 70:30 비의 제1 콜로이드성 실리카("날코(NALCO) 1115 콜로이들 실리카(COLLOIDAL SILICA)") 및 제2 콜로이드성 실리카("날코 1050 콜로이들 실리카")의 5 중량% 블렌드로 구성된다. 프라이머의 얇은(약 100 나노미터) 고른 코팅을, 나노-실리카 프라이머 용액으로 적신 작은 와이프(미국 조지아주 로즈웰 소재의 킴벌리-클락(Kimberly-Clark)으로부터 상표명 "킴테크(KIMTECH)"로 입수됨)로 표면을 와이핑함으로써 각각의 유리 슬라이드에 적용하였다. 프라이머를 실온에서 건조시켰다. 추가의 경화 실리콘(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝으로부터 입수가능한 실가드 184)을 10:1(파트 A 대 파트 B)의 비로 혼합하였고, 45 마이크로미터의 두께의 매끄러운 코팅으로 프라이밍된 유리 슬라이드의 표면에 적용하였으며, 48시간에 걸쳐 완전히 경화시켰다. 샘플 6 및 샘플 7의 경우, 실리콘의 표면을 처리하지 않았지만, 샘플 8 내지 샘플 19는 38.58 ㎝ (27 인치) 하부 급전 전극 및 중앙 가스 펌핑에 의한 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE)을 위해 구성된 상용 배치 플라즈마 시스템(commercial batch plasma system)(플라즈마썸 모델(Plasmatherm Model) 3032)을 사용하여 산소 플라즈마 처리하였다. 챔버는 건식 기계식 펌프(에드워즈 모델(Edwards Model) iQDP80)에 의해 지원되는 루츠 블로어(roots blower)(에드워즈 모델 EH1200)에 의해 펌핑된다. RF 전력은 임피던스 정합 네트워크를 통해 3 kW, 13.56 Mhz 고상 제네레이터(solid-state generator)(RFPP 모델 RF30H)에 의해 전달된다. 시스템은 0.67 Pa (5 mTorr)의 공칭 기저 압력을 갖는다. 가스의 유량은 MKS 유동 제어기에 의해 제어된다. 플라즈마 처리를 위한 기재는 하부 급전 전극 상에 배치된다. 실리콘 코팅된 유리 슬라이드를 배치 플라즈마 장치의 급전 전극 상에 배치하였다. 플라즈마 처리를, 90초 동안 500 표준 ㎤/min의 유량 및 3000 와트의 플라즈마 전력에서 산소 가스(옥시즌 서비스 코포레이션(Oxygen Service Corporation), UHP 등급)를 유동시킴으로써 산소 플라즈마에 의해 수행하였다. 플라즈마 처리를 완료한 후, 챔버를 대기로 통기시켰고 샘플을 제거하였다.
하나의 코팅되지 않은 플레인(plain) 유리 슬라이드와 함께, 샘플 6 내지 샘플 17에 후술되는 먼지 픽업 시험 #1을 주기적으로 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 2(먼지 픽업 시험 #1 결과)에서 각각에 대해 표로 작성하였다. 투과율은 헤이즈미터(Hazemeter)를 사용하여 시험하였다. 표로 작성된 데이터는 처리되지 않은 샘플 6 및 샘플 7과 비교할 때 산소 플라즈마 처리된 샘플 8 내지 샘플 17의 경우 광 투과율의 상당한 증가를 보여준다. 광 투과율의 이러한 차이는 추가로 처리된 실리콘 탄성중합체 표면(샘플 8 내지 샘플 17)이 처리되지 않은 샘플 6 및 샘플 7보다 적은 먼지를 픽업하고 보유하는 것에 기인한다. 표 2 데이터는 또한 처리된 샘플 6 내지 샘플 17이 플레인 유리 슬라이드의 광 투명도와 동등한 광 투명도를 나타내었다는 것을 보여준다.
Figure pct00002
샘플 18 및 샘플 19에 후술되는 폴링 샌드 시험을 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 3(폴링 샌드 시험)에서 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 처리된 샘플 18 및 샘플 19가 플레인 유리 슬라이드의 광 투명도와 동등한 광 투명도를 나타내었다는 것을 보여준다.
Figure pct00003
샘플 18 및 샘플 19에 또한 폴링 샌드 시험 직후에 먼지 시험을 가하였고, 폴링 샌드 시험 후의 투과율 값을 나타내는 초기 투과율(Ti), 먼지 시험 후의 투과율 값을 나타내는 최종 투과율(Tf), 및 초기와 최종 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 4(폴링 샌드 시험 직후의 먼지 시험 #1 결과)에서 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 산소 플라즈마 처리된 실리콘 샘플이 플레인 유리 슬라이드의 성능의 2% 내에 있다는 것을 보여준다.
Figure pct00004
예 3
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(미국 버지니아주 체스터 소재의 듀폰 테이진 필름즈(DuPont Teijin Films)로부터 상표명 "멜리넥스(Melinex) 618"로 입수됨)의 2개의 30.5 ㎝ (12 인치) × 15.2 ㎝ (6 인치) 시트를 나노-실리카계 프라이머로 프라이밍하였다. 나노-실리카 프라이머는 HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 된, H2O 중 70:30 비의 제1 콜로이드성 실리카("날코 1115 콜로이들 실리카") 및 제2 콜로이드성 실리카("날코 1050 콜로이들 실리카")의 5 중량% 블렌드로 구성된다. 프라이머의 얇은(약 100 나노미터) 고른 코팅을, 나노-실리카 프라이머 용액으로 적신 작은 와이프(미국 조지아주 로즈웰 소재의 킴벌리-클락으로부터 상표명 "킴테크"로 입수됨)로 표면을 와이핑함으로써 각각의 유리 슬라이드에 적용하였다. 프라이머를 실온에서 건조시켰다. 실라놀 종결된 폴리다이메틸실록산 유체(미국 펜실베이니아주 모리스빌 소재의 젤레스트 인크.(Gelest Inc.)로부터 입수가능한 DMS-S51)를 노치 바아 코터(notch bar coater)를 사용하여 100 마이크로미터의 두께로 프라이밍된 PET 필름 상으로 코팅하였다. 실리콘 코팅을 가진 PET 필름을 캐리어 웨브에 테이핑하였고(taped), 190 keV의 가속 전압 및 10 MRad의 선량으로 전자 빔을 통과시켰다. E-빔 유닛은 광대역 커튼 유형 전자 빔 프로세서(broadband curtain type electron beam processor)(피씨티 엔지니어드 시스템즈, 엘엘씨(PCT Engineered Systems, LLC)로부터 입수됨)였다. 6개의 단편(샘플 20, 샘플 21, 샘플 22, 샘플 23, 샘플 24 및 샘플 25)을 실리콘 코팅된 필름 중 하나로부터 절단하였고, 샘플 20, 샘플 21, 샘플 22 및 샘플 23의 실리콘 코팅의 표면을 질소 퍼징(purging)에 의해 10 mW/㎠의 방사 조도에서 172 ㎚ 엑시머 램프(미국 캘리포니아주 사이프레스 소재의 유시오 아메리카, 인크.(Ushio America, Inc.)로부터 입수가능한 모델 UER20-172)에 120초 노출시켰다. 샘플 24 및 샘플 25는 엑시머 램프 처리를 받지 않았다. 6개의 단편(샘플 26, 샘플 27, 샘플 28, 샘플 29, 샘플 30 및 샘플 31)을, 표면을 추가로 가교결합시키도록 120 keV 및 15 MRad/통과의 선량에서 4회 통과의 추가의 전자 빔 선량을 받은 다른 실리콘 코팅된 필름으로부터 절단하였다. 샘플 26, 샘플 27, 샘플 28 및 샘플 29를 이어서 10 mW/㎠의 방사 조도에서 172 ㎚ 엑시머 램프에 120초 노출시켰다. 샘플 30 및 샘플 31은 엑시머 램프 처리를 받지 않았다.
샘플 20, 샘플 21, 샘플 24, 샘플 26, 샘플 27 및 샘플 30에 후술되는 먼지 픽업 시험 #1을 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 5(먼지 픽업 시험 #1 결과)에서 각각에 대해 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 처리되지 않은 샘플 24 및 샘플 30과 비교할 때 추가로 처리된 샘플 20, 샘플 21, 샘플 26 및 샘플 27의 경우 광 투과율의 상당한 증가를 보여준다. 광 투과율의 이러한 차이는 추가로 처리된 실리콘 탄성중합체 표면(샘플 20, 샘플 21, 샘플 26 및 샘플 27)이 처리되지 않은 샘플 24 및 샘플 30보다 적은 먼지를 픽업하고 보유하는 것에 기인한다. 표 5 데이터는 또한 처리된 샘플 20, 샘플 21, 샘플 26 및 샘플 27이 표 5로부터의 플레인 유리 슬라이드의 광 투명도와 동등한 광 투명도를 나타내었다는 것을 보여준다. 표는 또한 샘플 30에서의 추가의 전자 빔 가교결합이 전자 빔도 받지 않았고 172 ㎚ 엑시머 램프 처리도 받지 않은 샘플 24와 비교할 때 172 ㎚ 엑시머 램프 처리 없이도 더 적은 투과율 손실을 유발한다는 것을 보여준다.
Figure pct00005
샘플 22, 샘플 23, 샘플 25, 샘플 28, 샘플 29 및 샘플 31에 후술되는 폴링 샌드 시험을 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 6(폴링 샌드 시험)에서 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 추가로 전자 빔 가교결합되지 않은 샘플 22 및 샘플 23과 비교할 때 172 ㎚ 엑시머 램프 처리 전에 추가로 전자 빔 가교결합된 샘플 28 및 샘플 29의 경우 광 투과율의 증가(즉, 폴링 샌드 시험 결과)를 보여준다. 표는 또한 샘플 31에서의 172 ㎚ 엑시머 램프 처리가 없는 추가의 전자 빔 가교결합이 추가의 전자 빔 가교결합도 받지 않았고 172 ㎚ 엑시머 램프 처리도 받지 않은 샘플 25뿐만 아니라 172 ㎚ 엑시머 램프 처리만을 받은 샘플 22 및 샘플 23과 추가의 전자 빔 가교결합 및 172 ㎚ 엑시머 램프 처리 둘 모두를 받은 샘플 28 및 샘플 29와 비교할 때 더 적은 투과율 손실을 유발한다는 것을 보여준다.
Figure pct00006
예 4
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(미국 버지니아주 체스터 소재의 듀폰 테이진 필름즈로부터 상표명 "멜리넥스 618"로 입수됨)의 2개의 30.5 ㎝ (12 인치) × 15.2 ㎝ (6 인치) 시트를 나노-실리카계 프라이머로 프라이밍하였다. 나노-실리카 프라이머는 HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 된, H2O 중 70:30 비의 제1 콜로이드성 실리카("날코 1115 콜로이들 실리카") 및 제2 콜로이드성 실리카("날코 1050 콜로이들 실리카")의 5 중량% 블렌드로 구성된다. 프라이머의 얇은(약 100 나노미터) 고른 코팅을, 나노-실리카 프라이머 용액으로 적신 작은 와이프(미국 조지아주 로즈웰 소재의 킴벌리-클락으로부터 상표명 "킴테크"로 입수됨)로 표면을 와이핑함으로써 각각의 유리 슬라이드에 적용하였다. 프라이머를 실온에서 건조시켰다. 열 경화 실리콘 탄성중합체(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝으로부터 입수가능한 실가드 184)를 프라이밍된 PET와 반사-방지 표면 구조물을 포함하는 폴리프로필렌 툴링 필름 사이에 코팅하였다. 실리콘 코팅을 가진 PET 필름 및 폴리프로필렌 툴링 필름을 실리콘 코팅을 경화시키기 위해 90분 동안 75℃에서 오븐 내에 배치하였다. 오븐으로부터 필름들을 제거한 후에, 이어서 툴링 필름을 제거하여 PET 필름에 부착된 표면 구조화된 반사-방지 실리콘 코팅을 생성하였다. 실리콘 표면 구조물들의 표면에서의 개선된 내구성을 위한 추가의 가교결합을 제공하기 위해, 코팅된 필름의 하나의 시트를 이어서 캐리어 웨브에 테이핑하였고, 4회 통과에 대해 120 keV의 가속 전압 및 15 MRad/통과로 전자 빔을 통과시켰다. E-빔 유닛은 광대역 커튼 유형 전자 빔 프로세서(피씨티 엔지니어드 시스템즈, 엘엘씨로부터 입수됨)였다.
4개의 단편(샘플 32, 샘플 33, 샘플 34 및 샘플 35)을 추가의 전자 빔 처리를 받지 않은 실리콘 코팅된 필름으로부터 절단하였고, 샘플 32 및 샘플 33의 실리콘 코팅의 표면을 질소 퍼징에 의해 대략 10 mW/㎠의 방사 조도에서 172 ㎚ 엑시머 램프(유시오 모델 UER20-172)에 300초 노출시켰다. 샘플 34 및 샘플 35는 엑시머 램프 처리를 받지 않았다. 4개의 단편(샘플 36, 샘플 37, 샘플 38 및 샘플 39)을 추가의 전자 빔 처리를 받은 다른 실리콘 코팅된 필름으로부터 절단하였다. 샘플 37 및 샘플 37을 이어서 대략 10 mW/㎠의 방사 조도에서 172 ㎚ 엑시머 램프에 300초 노출시켰다. 샘플 38 및 샘플 39는 엑시머 램프 처리를 받지 않았다.
샘플 32, 샘플 34, 샘플 36 및 샘플 38에 후술되는 먼지 픽업 시험 #1을 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 7(먼지 픽업 시험 #1 결과)에서 각각에 대해 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 처리되지 않은 샘플 34 및 샘플 38과 비교할 때 172 ㎚ 엑시머 램프 처리된 샘플 32 및 샘플 36의 경우 광 투과율의 상당한 증가를 보여준다. 광 투과율의 이러한 차이는 172 ㎚ 엑시머 램프 처리된 실리콘 탄성중합체 표면(샘플 32 및 샘플 36)이 처리되지 않은 샘플 34 및 샘플 38보다 적은 먼지를 픽업하고 보유하는 것에 기인한다. 표 7은 또한 172 ㎚ 엑시머 램프 처리 전에 추가의 전자 빔 가교결합을 받은 샘플 36이 172 ㎚ 엑시머 램프 처리만을 받은 샘플 32보다 더 우수한 먼지 픽업 시험 결과를 생성한다는 것을 보여준다.
Figure pct00007
샘플 33, 샘플 35, 샘플 37 및 샘플 39에 후술되는 폴링 샌드 시험을 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 8(폴링 샌드 시험)에서 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 172 ㎚ 엑시머 램프로 처리되지 않은 샘플 35 및 샘플 39와 비교할 때 172 ㎚ 엑시머 램프 처리를 받은 샘플 33 및 샘플 37의 경우 광 투과율의 증가(즉, 폴링 샌드 시험 결과)를 보여준다. 증가는 또한 추가로 전자 빔 가교결합되지 않은 샘플 33 및 샘플 35와 비교할 때 172 ㎚ 엑시머 램프 처리 전에 추가로 전자 빔 가교결합된 샘플 37 및 샘플 39의 경우의 광 투과율에서 보여진다(즉, 폴링 샌드 시험 결과).
Figure pct00008
샘플 33, 샘플 35, 샘플 37 및 샘플 39에 또한 폴링 샌드 시험 직후에 먼지 시험 #1을 가하였고, 폴링 샌드 시험 후의 투과율 값을 나타내는 초기 투과율(Ti), 먼지 시험 후의 투과율 값을 나타내는 최종 투과율(Tf), 및 초기와 최종 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 9(폴링 샌드 시험 직후의 먼지 시험 #1 결과)에서 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 추가의 전자 빔 표면 처리를 받은 샘플 37 및 샘플 39가 추가의 전자 빔 표면 처리를 받지 않은 샘플 33 및 샘플 35와 비교할 때 먼지 시험 후의 더 적은 투과율 손실에 의해 보여지는 바와 같은 샘플의 내먼지성을 유지하였다는 것을 보여준다.
Figure pct00009
예 5
실라놀 종결된 폴리다이메틸 실록산(젤레스트로부터의 PDMS-S51)을 SS4120(미국 뉴욕주 워터포드 소재의 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈로부터 입수가능함)으로 프라이밍된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)(미국 버지니아주 체스터 소재의 듀폰 테이진 필름즈로부터 상표명 "멜리넥스 618"로 입수됨)의 시트 상으로 25 마이크로미터의 두께로 코팅하였다. 실리콘 코팅을 가진 PET 필름을 캐리어 웨브에 테이핑하였고, 160 keV의 가속 전압 및 12 MRad의 선량으로 전자 빔을 통과시켰다. E-빔 유닛은 광대역 커튼 유형 전자 빔 프로세서(피씨티 엔지니어드 시스템즈, 엘엘씨로부터 입수됨)였다. 실리콘 코팅된 PET 필름을 이어서 6개의 단편으로 절단하였다. 이들 실리콘 코팅된 PET 단편들 중 2개(샘플 41 및 샘플 44)를 6.4 ㎜ 두께의 알루미늄 플레이트 상에서 물의 박막 상에 부유시켰고, 이어서 20초 동안 대략 2000℃ 화염에 코팅된 표면을 노출시킴으로써 화염 처리에 노출시켰다. 실리콘 코팅된 PET 단편들 중 다른 2개(샘플 42 및 45)를, 실리콘의 표면을 추가로 가교결합시키도록 140 kV 및 12 Mrad/통과에서 5회 통과의 추가의 전자 빔 처리에 노출시켰고, 이어서 6.4 ㎜ 두께의 알루미늄 플레이트 상에서 물의 박막 상에 부유시켰고 20초 동안 대략 2000℃ 화염에 노출시켰다. 마지막 실리콘 코팅된 PET 단편(샘플 40 및 샘플 43)은 추가로 처리되지 않았다.
샘플 41 및 샘플 42에 후술되는 먼지 픽업 시험 #2를 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 10(먼지 픽업 시험 #2 결과)에서 각각에 대해 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 처리되지 않은 샘플 40과 비교할 때 추가로 처리된 샘플 41 및 샘플 42의 경우 광 투과율의 상당한 증가를 보여준다. 광 투과율의 이러한 차이는 추가로 처리된 실리콘 탄성중합체 표면(샘플 41 및 샘플 42)이 처리되지 않은 샘플 40보다 적은 먼지를 픽업하고 보유하는 것에 기인한다. 표 10 데이터는 또한 화염 처리 전의 추가의 가교결합(즉, 샘플 42)이 더 우수한 먼지 픽업 시험 결과를 생성한다는 것을 보여준다.
Figure pct00010
샘플 43, 샘플 44 및 샘플 45에 후술되는 폴링 샌드 시험을 가하였고, 시험 전의 초기 광 투과율(Ti), 시험 후의 최종 광 투과율(Tf), 및 초기와 최종 광 투과율들 사이의 차이(Td)를 아래의 표 11(폴링 샌드 시험)에서 표로 작성하였다. 표로 작성된 데이터는 처리되지 않은 샘플 43과 비교할 때 추가로 처리된 샘플 45의 경우 광 투과율의 상당한 증가를 보여준다. 광 투과율의 이러한 차이는 추가로 처리된 실리콘 탄성중합체 표면(샘플 45)이 처리되지 않은 샘플 43보다 적은 먼지를 픽업하고 보유하는 것에 기인한다. 표로 작성된 데이터는 또한 추가로 가교결합되지 않은 샘플 44와 비교할 때 화염 처리 전에 추가로 가교결합된 샘플 45의 경우 광 투과율의 증가(즉, 폴링 샌드 시험 결과)를 보여준다.
Figure pct00011
시험 방법
먼지 픽업 시험 #1
페트리-접시(petri-dish)의 바닥 반부를 통해 드릴링된 5 ㎝ 구멍을 가진 95 ㎜ 정사각형 플라스틱 페트리-접시(상표명 팔콘(Falcon) 35112; 벡톤 딕킨슨 랩웨어(Becton Dickinson Labware)로부터 입수가능함)로부터 구성된 장치를 사용하여 코팅 토양 저항성(soil resistance)을 시험한다. 5 ㎝ × 8 ㎝ 코팅된 샘플을 페트리-접시의 외측 상에 접착제 테이프로 부착하여 5 ㎝ 구멍을 덮고, 이로써 샘플의 코팅된 표면은 페트리 접시의 내측를 향하고 시험 먼지에 직접 노출될 것이다. 50 g의 아리조나 시험 먼지(Arizona Test Dirt)(0 내지 600 마이크로미터 분포; 미국 미네소타주 번스빌 소재의 파우더 테크놀로지, 인크.(Powder Technology, Inc.)로부터 입수가능함)를 페트리 접시의 바닥 반부 내에 배치하여 코팅된 샘플을 덮는다. 페트리 접시의 2개의 반부는 견고하게 결합하고 먼지가 샘플의 표면에 걸쳐 앞뒤로 텀플링되도록(tumble) 좌우 사이클로 가볍게 흔든다. 샘플을 초당 1 사이클의 속도로 60 사이클 동안 흔든다. 이어서, 샘플을 시험 장치로부터 제거하고, 헐겁게 부착된 먼지를 제거하도록 부드럽게 두드린다. 코팅된 샘플의 투과율을 비와이케이-가드너(BYK-Gardner)로부터 입수가능한 헤이즈 가드 플러스(Haze Gard Plus)를 사용하여 먼지 시험 전후에 측정한다.
먼지 픽업 시험 #2
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이러한 먼지 픽업 시험은 100 그램의 미세한/먼지가 많은 아리조나 먼지를 가진 1 갤런 날젠 병(Nalgen jar) 내측에서 투명한 반사-방지 구조화된 필름의 샘플을 텀블링하는 것을 수반한다. 3.81 ㎝ × 6.35 ㎝ (1.5" × 2.5") 샘플을 10 밀(mil) PET의 더 큰 7.62 ㎝ × 12.7 ㎝ (3" × 5") 단편에 부착한다. 모터식 롤러 상에 수평으로 놓인 날젠 병의 내측 상의 배플로 인해 샘플 및 먼지가 텀블링된다. 샘플을 텀블링한 2분 후에, 표면에 구속된 먼지만이 남아있도록 과잉의 먼지를 제거하기 위해 샘플을 압축 공기 캔(canned air)으로 불어 제거한다. 코팅된 샘플의 투과율을 비와이케이-가드너로부터 입수가능한 헤이즈 가드 플러스를 사용하여 먼지 시험 전후에 측정한다.
폴링 샌드 시험
훔볼트 엠에프지. 코.(Humboldt MFG. Co.)로부터 입수가능한 폴링 샌드 마모 시험기(상표명 HP-1160)를 사용하여 코팅 내마모성을 시험한다. 5 ㎝ × 8 ㎝ 코팅된 샘플을 폴링 샌드 튜브의 출구 아래에 중심설정된 시험 플랫폼에 접착제 테이프로 부착한다. 유.에스. 실리카 컴퍼니(U.S. Silica Company)로부터 입수가능한 1000 g의 ASTM C778 실리카 샌드를 폴링 샌드 튜브에 공급하는 호퍼 내로 로딩한다. 게이트를 개방하고, 샌드를 폴링 샌드 튜브를 통해 100 ㎝의 거리에서 떨어뜨리기 시작하여 코팅된 샘플의 표면에 충돌시킨다. 물을 5초 동안 마모된 표면 위로 흐르게 하고, 이어서 표면을 젖은 킴와이프(KimWipe)(킴벌리-클락)를 사용하여 가볍게 와이핑한다. 이어서, 샘플을 건조한 킴와이프를 사용하여 가볍게 와이핑하여 샘플을 건조시킨다. 코팅된 샘플의 투과율을 비와이케이-가드너로부터 입수가능한 헤이즈 가드 플러스를 사용하여 폴링 샌드 시험 전후에 측정한다.
본 발명의 예시적인 실시예
반사-방지 필름 실시예 1
투명한 반사-방지 구조화된 필름, 시트, 웨브 등으로서,
주 구조화된 면 및 주 배킹 면을 갖는 구조화된 필름 기재를 포함하고, 구조화된 면은 구조화된 표면을 한정하며 광에 대해 반사-방지성인 반사-방지 구조물들을 포함하고, 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분, 대부분, 또는 전부는 유리형 표면을 포함하며, 적어도 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함하고, 유리형 표면은 화학량론적 SiO2를 포함하는 투명한 반사-방지 구조화된 필름, 시트, 웨브 등.
필름 실시예 2
필름 실시예 1에 있어서, 유리형 표면은 반사-방지 구조물들 각각의 내로 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 100 나노미터 이상 또는 심지어 더 깊은 깊이로 화학량론적 SiO2를 포함하는 필름.
필름 실시예 3
필름 실시예 1에 있어서, 유리형 표면은 반사-방지 구조물들 각각의 내로 최대 약 100, 110, 120, 130, 140, 또는 150 나노미터 또는 심지어 더 깊은(예컨대, 1, 2, 3, 4 또는 5 마이크로미터만큼 깊은) 깊이로 화학량론적 SiO2를 포함하는 필름.
필름 실시예 4
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 3 중 어느 하나에 있어서, 유리형 표면은 약 10 몰% 이상의 탄소 원자 또는 약 20 몰% 이상의 탄소 원자, 최대 약 40 몰%의 탄소 원자의 최소량을 포함하는 필름. 유리형 표면 내의 탄소 원자의 비교적 높은 양은 본 발명에 따른 화학량론적 SiO2를 생성하기 위해 실리콘 재료를 처리하는 데 사용된 시간의 비교적 짧은 기간을 나타내는 것으로 여겨짐.
필름 실시예 5
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 4 중 어느 하나에 있어서, 반사-방지 구조물들은 프리즘형, 피라미드형, 원뿔형, 포물선형, 반구형, 원통형, 및 원주형 구조물들 중 적어도 하나 또는 조합을 포함하는 필름.
필름 실시예 6
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 5 중 어느 하나에 있어서, 반사-방지 구조물들은 약 90도 미만, 약 60도 이하, 또는 약 10도 내지 최대 약 90도 범위의 프리즘 팁 각도, 및 약 2 마이크로미터 내지 약 2 ㎝ 범위의 피치를 갖는 프리즘들을 포함하는 필름.
필름 실시예 7
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 6 중 어느 하나에 있어서, 반사-방지 구조물들은 약 15도 내지 약 75도 범위의 프리즘 팁 각도 및 약 10 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 피치를 갖는 프리즘들을 포함하는 필름.
필름 실시예 8
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 7 중 어느 하나에 있어서, 반사-방지 구조물들은 약 10 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 트로프-피크간 높이를 갖는 프리즘들을 포함하는 필름.
필름 실시예 9
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 8 중 어느 하나에 있어서, 필름은 구조화된 표면이 먼지 픽업 시험, 폴링 샌드 시험, 또는 둘 모두의 시험에 노출된 후에, 약 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 이상의 광 투과율을 나타내는 필름.
필름 실시예 10
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 9 중 어느 하나에 있어서, 필름은 구조화된 표면이 먼지 픽업 시험, 폴링 샌드 시험, 또는 둘 모두의 시험에 노출된 후에, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 미만의 광 투과율의 변화를 나타내는 필름.
필름 실시예 11
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 10 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 표면은 약 20 MPa 이상의 저장 모듈러스를 나타내고, 각각의 반사-방지 구조물의 잔여부는 구조화된 표면이 나타내는 것보다 낮은 저장 모듈러스를 나타내는 필름.
필름 실시예 12
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 11 중 어느 하나에 있어서, 적어도 반사-방지 구조물들의 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료 내에 (예컨대, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등의) 무기 나노입자를 추가로 포함하는 필름. 그러한 입자는 약 2.0 마이크로미터 이하의 범위의 크기를 가질 수 있음. 실리카 입자는 최대 마이크로미터 크기일 수 있지만, 다른 재료로 제조된 입자는 나노미터 크기(즉, 약 5 ㎚ 내지 약 50 ㎚ 이하의 범위)로 사용되는 것이 바람직함. 그러한 입자, 특히 나노입자는 또한 약 0 중량% 내지 약 60 중량% 이하의 범위로 실리콘 탄성중합체 재료 내에 로딩될 수 있음.
필름 실시예 13
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 12 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 필름 기재는 반사-방지 구조물들이 그로부터 연장하는 기부 부분을 추가로 포함하는 필름. 기부 부분 및 반사-방지 구조물들이 둘 모두 실리콘 탄성중합체 재료로 제조된 때, 반사-방지 구조물들 각각은 대략 동일한 실리콘 탄성중합체 가교결합 밀도를 가질 수 있고, 기부 부분은 반사-방지 구조물들 각각의 것보다 낮은 실리콘 탄성중합체 가교결합 밀도를 가질 수 있음.
필름 실시예 14
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 13 중 어느 하나에 있어서, 주 면을 갖는 투명한 지지 배킹과 조합되어, 구조화된 필름 기재는 보강된 반사-방지 구조화된 필름을 형성하도록 지지 배킹의 주 면에 접합된 배킹 면(예컨대, 주 배킹 면)을 추가로 포함하는 필름. 반사-방지 구조물들은 보강된 반사-방지 구조화된 필름의 노출된 표면을 형성할 수 있음.
필름 실시예 15
필름 실시예 14에 있어서, 투명한 지지 배킹은 정전기를 소산시키는 필름.
필름 실시예 16
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 15 중 어느 하나에 있어서, 장벽 층과 조합되어, 구조화된 필름 기재는 배킹 면(예컨대, 주 배킹 면)을 추가로 포함하고, 장벽 층은 구조화된 필름 기재의 배킹 면에 접합되는 필름.
필름 실시예 17
필름 실시예 16에 있어서, 장벽 층은 수분 장벽인 필름.
필름 실시예 18
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 17 중 어느 하나에 있어서, 반사-방지 구조물들 각각은 실리콘 탄성중합체 가교결합 밀도 구배를 나타내고, 실리콘 탄성중합체 가교결합 밀도는 유리형 표면에 가까울수록 더 높고 유리형 표면으로부터 멀어질수록 더 낮은 필름.
필름 실시예 19
필름 실시예 1 내지 필름 실시예 18 중 어느 하나에 있어서, 반사-방지 구조물들 각각은 그의 유리형 표면에 더하여 코어 부분 및 잔여부 부분을 갖고, 코어 부분을 형성하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료는 잔여부 부분을 형성하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료보다 낮은 가교결합 밀도를 갖는 필름. 코어 부분을 형성하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료는 잔여부 부분을 형성하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료보다 낮은 실질적으로 균일한 가교결합 밀도를 가질 수 있음.
광 에너지 흡수 장치 실시예 1
광 에너지 흡수 장치로서, 광 에너지 수용 면을 갖는 광 흡수기; 및 광 에너지의 공급원으로부터의 광 에너지가 광 흡수기에 의해 흡수되는 동안 광 에너지의 공급원과 광 에너지 수용 면 사이에 있도록 배치되는, 필름 실시예 1 내지 필름 실시예 19 중 어느 하나에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 포함하는 광 에너지 흡수 장치. 광 에너지 흡수 장치는 예를 들어 광원(예컨대, 태양)으로부터 열 에너지를 흡수하기 위한 열 에너지 흡수 장치, 광을 전기 에너지를 변환하는 광기전 장치, 또는 임의의 다른 광 에너지 흡수 장치를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않음.
장치 실시예 2
장치 실시예 1에 있어서, 광 흡수 장치는 광기전 장치이고, 광 흡수기는 적어도 하나의 광전지를 갖는 광기전 모듈을 포함하며, 반사-방지 구조화된 필름은 약 3% 이상만큼 광기전 모듈의 전력 출력을 개선하도록(즉, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광기전 모듈의 효율을 개선하도록) 표면 반사를 감소시키는 장치. 광기전 모듈의 전력 출력이 약 5% 이상만큼 그리고 바람직하게는 약 5% 내지 약 10%의 범위, 또는 심지어 더 많이 개선되는 것이 바람직함.
장치 실시예 3
장치 실시예 1 또는 장치 실시예 2에 있어서, 광 흡수기는 광전지를 포함하고, 광 흡수 장치는 손상 없이 롤로 감기거나 접히도록 충분히 가요성이고 유연성인 광기전 장치인 장치.
장치 실시예 4
장치 실시예 1 또는 장치 실시예 2에 있어서, 광 흡수 장치는 강성 광기전 모듈을 포함하는 장치.
장치 실시예 5
장치 실시예 1에 있어서, 광 흡수 장치는 태양열 패널을 포함하는 장치.
장치 실시예 6
장치 실시예 1, 장치 실시예 2, 장치 실시예 4 및 장치 실시예 5 중 어느 하나에 있어서, 구조화된 필름 기재는 유리 기재에 라미네이팅되거나, 그 상의 코팅이거나, 그 위에 달리 배치되는 장치.
투명한 반사-방지 필름을 제조하는 방법의 실시예 1
투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제조하는 방법으로서, 주 구조화된 면 및 주 배킹 면을 갖는 투명한 구조화된 필름 기재 - 구조화된 면은 광에 대해 반사-방지성인 반사-방지 구조화된 표면을 한정하는 반사-방지 구조물들을 포함하고, 적어도 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함함 - 를 제공하는 단계; 및 반사-방지 구조화된 표면에서의 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환시켜서 반사-방지 구조화된 표면의 전부, 대부분, 또는 적어도 상당한 부분이 화학량론적 SiO2를 갖는 유리형 표면을 포함하도록 반사-방지 구조화된 표면의 전부, 대부분, 또는 적어도 상당한 부분을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
필름을 제조하는 방법의 실시예 2
필름 제조 방법 실시예 1에 있어서, 처리하는 단계는 진공-자외(VUV) 광(예컨대, 172 ㎚ 엑시머 처리에 의함), 진공-자외 광 및 오존(VUVO), 산소 플라즈마, 및 열(예컨대, 유도 가열, 화염 등) 중 적어도 하나 또는 조합에 반사-방지 구조화된 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
실리콘 재료의 표면은 규소로부터 화학량론적 SiO2로의 원하는 수준의 변환을 생성하기 위해 충분한 기간 동안(예컨대, 5 내지 300초의 172 ㎚ 엑시머 램프 노출) 그리고 적합한 에너지 수준(예컨대, 50 ppm 미만의 산소의 질소 불활성 분위기에서 10 내지 50 mW/㎠)에서 처리될 필요가 있음.
필름을 제조하는 방법의 실시예 3
필름 제조 방법 실시예 1 또는 필름 제조 방법 실시예 2에 있어서,
적어도 구조화된 표면의 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료의 추가 가교결합을 유발하도록 전자 빔 방사선에 반사-방지 구조화된 표면을 노출시키는 단계를 추가로 포함하고, 전자 빔 방사선 노출은 처리하는 단계 전에 수행되는 방법.
필름을 제조하는 방법의 실시예 4
필름 제조 방법 실시예 1 내지 필름 제조 방법 실시예 3 중 어느 하나에 있어서, 투명한 구조화된 필름 기재를 제공하는 단계는,
가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 형성하도록 경화성인 실리콘 전구체 재료(예컨대, 용융된 열가소성 또는 가교결합성 열경화성 실리콘 탄성중합체 수지)를 제공하는 단계;
실리콘 전구체 재료를 구조화된 필름 기재의 형상으로 형성하는 단계; 및
투명한 구조화된 필름 기재를 형성하도록 실리콘 전구체 재료를 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
광 에너지 흡수 장치를 제조하는 방법의 실시예 1
예를 들어 광원(예컨대, 태양) 열 에너지 흡수 장치, 광기전 장치 또는 임의의 다른 광 에너지 흡수 장치와 같은 광 에너지 흡수 장치를 제조하는 방법으로서,
실시예 1 내지 실시예 19 중 어느 하나에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제공하는 단계; 광 수용 면을 갖는 광 흡수기(예컨대, 태양열 온수 히터 또는 다른 열 에너지 흡수 장치, 태양 또는 다른 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 적어도 하나의 광전지를 갖는 광기전 모듈 등)를 제공하는 단계; 및 광이 반사-방지 구조화된 필름을 통해 광 흡수기의 광 수용 면으로 통과할 수 있도록 광 흡수기에 관하여 반사-방지 구조화된 필름을 기계적으로 부착, 접착식으로 접합 또는 달리 고정하는 단계를 포함하는 방법.
광 에너지 흡수 장치를 제조하는 방법의 실시예 2
예를 들어 광원(예컨대, 태양) 열 에너지 흡수 장치, 광기전 장치 또는 임의의 다른 광 에너지 흡수 장치와 같은 광 에너지 흡수 장치를 제조하는 방법으로서,
필름을 제조하는 방법 실시예 1 내지 필름을 제조하는 방법 실시예 4 중 어느 하나에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제조하는 단계; 광 에너지 수용 면을 갖는 광 흡수기(예컨대, 태양열 온수 히터 또는 다른 열 에너지 흡수 장치, 태양 또는 다른 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 적어도 하나의 광전지를 갖는 광기전 모듈 등)를 제공하는 단계; 및 광이 반사-방지 구조화된 필름을 통해 광 흡수기의 광 에너지 수용 면으로 통과할 수 있도록 광 흡수기에 관하여 반사-방지 구조화된 필름을 기계적으로 부착, 접착식으로 접합 또는 달리 고정하는 단계를 포함하는 방법.
본 발명은 그의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술된 것에 의해 제한되지 않고, 하기의 특허청구범위 및 그의 임의의 등가물에 기재된 제한에 의해 좌우되어야 한다.
본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부재 시에도 적합하게 실시될 수 있다.
배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다.

Claims (10)

  1. 투명한 반사-방지 구조화된 필름으로서,
    구조화된 면을 갖는 구조화된 필름 기재를 포함하고, 상기 구조화된 면은 구조화된 표면을 한정하며 광에 대해 반사-방지성인 반사-방지 구조물들을 포함하고, 상기 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분은 유리형(glass-like) 표면을 포함하며, 적어도 상기 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함하고, 상기 유리형 표면은 화학량론적 SiO2(SiO2 stoichiometry)를 포함하는 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리형 표면은 상기 반사-방지 구조물들 각각의 내로 약 5 나노미터 이상의 깊이로 상기 화학량론적 SiO2를 포함하는 필름.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리형 표면은 약 10 몰% 이상의 탄소 원자의 최소량을 포함하는 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사-방지 구조물들은 약 15도 내지 약 75도 범위의 프리즘 팁 각도(prism tip angle) 및 약 10 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 피치(pitch)를 갖는 프리즘들을 포함하는 필름.
  5. 광 에너지 흡수 장치로서,
    광 에너지 수용 면을 갖는 광 흡수기; 및
    광 에너지의 공급원으로부터의 광 에너지가 상기 광 흡수기에 의해 흡수되는 동안 상기 광 에너지의 공급원과 상기 광 에너지 수용 면 사이에 있도록 배치되는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 포함하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 흡수 장치는 광기전 장치(photovoltaic device)이고, 상기 광 흡수기는 적어도 하나의 광전지(photovoltaic cell)를 갖는 광기전 모듈을 포함하며, 상기 반사-방지 구조화된 필름은 약 3% 이상만큼 상기 광기전 모듈의 전력 출력을 개선하도록 표면 반사를 감소시키는 장치.
  7. 광 에너지 흡수 장치를 제조하는 방법으로서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제공하는 단계;
    광 수용 면을 갖는 광 흡수기를 제공하는 단계; 및
    광이 반사-방지 구조화된 필름을 통해 광 흡수기의 광 수용 면으로 통과할 수 있도록 광 흡수기에 관하여 반사-방지 구조화된 필름을 고정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 투명한 반사-방지 구조화된 필름을 제조하는 방법으로서,
    광에 대해 반사-방지성인 반사-방지 구조화된 표면을 한정하는 반사-방지 구조물들을 포함하는 구조화된 면을 갖는 구조화된 필름 기재 - 적어도 반사-방지 구조물들은 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 포함함 - 를 제공하는 단계; 및
    반사-방지 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분을 한정하는 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료를 화학량론적 SiO2를 포함하는 유리형 재료로 변환시켜서 반사-방지 구조화된 표면의 적어도 상당한 부분이 화학량론적 SiO2를 갖는 유리형 표면을 포함하도록 반사-방지 구조화된 표면을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리하는 단계는 자외 광, 자외 광 및 오존, 산소 플라즈마, 및 열 중 적어도 하나에 반사-방지 구조화된 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    적어도 구조화된 표면의 가교결합된 실리콘 탄성중합체 재료의 추가 가교결합을 유발하도록 전자 빔 방사선(e-beam radiation)에 반사-방지 구조화된 표면을 노출시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 전자 빔 방사선 노출은 상기 처리하는 단계 전에 수행되는 방법.
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