KR20140031909A - 태양광 관리용 ir 반사체 - Google Patents

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KR20140031909A
KR20140031909A KR1020137031270A KR20137031270A KR20140031909A KR 20140031909 A KR20140031909 A KR 20140031909A KR 1020137031270 A KR1020137031270 A KR 1020137031270A KR 20137031270 A KR20137031270 A KR 20137031270A KR 20140031909 A KR20140031909 A KR 20140031909A
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바스프 에스이
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Abstract

구조물(100)은 표면(104)을 갖는 투명 기판(110)을 포함하며, 상기 표면(104)은 적어도 두 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴(310)을 갖는다. 상기 적어도 두 표면파(312, 314, 316)는 더 큰 파장을 갖는 상기 적어도 두 표면파(312, 314, 316) 중 파상(wave)의 파장을 근거로 하여 최대 50%까지 파장이 상이하다. 상기 적어도 두 파상(312, 314, 316)의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택된다. 상기 구조물(100)은 특히 광 관리의 목적으로 플라스틱 필름 또는 시트나, 글레이징(glazing)으로 통합될 수 있다.

Description

태양광 관리용 IR 반사체{IR REFLECTORS FOR SOLAR LIGHT MANAGEMENT}
본 발명은 방사선 관리, 및 보다 특히는, 전자기파로 조사하는 경우에 구조물, 예를 들면, 태양광 관리에 사용되는 구조물의 반사 거동의 제어에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 특히 IR 영역에서 한정된 반사 거동을 갖는 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.
선행 기술분야로부터, 그들이 이들 전자기파에 의해 조사되는 경우에 전자기파의 반사에 영향을 주는 필터 또는 격자(grating)를 제공하는 구조물이 공지되어 있다. 상기 구조물은 안전 장치(예: 은행권, 크레딧 카드, 여권 및 티켓 등을 위한), 열-반사 유리판(heat-reflecting pane) 또는 창문 및 선택적 투과(spectrally selective) 반사성 안료와 같이 몇몇 상이한 적용에 사용된다.
US 4,484,797에, 인증 또는 안전 장치에 사용하기 위한 영차(zero-order) 회절 필터가 기술되어 있다. 심지어 비-편광(non-polarized), 다색광으로 비출 때, 상기 장치는 회전시 독특한 색채 효과를 나타내므로 확실히 확인할 수 있다. 필터가 누출 도파관의 공명 반사를 근거로 한다는 사실로 인하여, 그들은 좁은 반사 피크를 갖는다. 색채 효과를 변화시키는 가능성은 제한된다.
파장-분할을 위한 외부-공진기 가변 레이저(external-cavity tunable laser)에 가변 거울로서 사용되는 가변 영차 회절 필터가 WO 2005/064365에 기술되어 있다. 필터는 회절 격자, 평면 도파관 및 도파관을 위한 가변 클레이딩(cladding) 층을 포함한다. 후자는 필터의 제어를 허용하는 선택적으로 변하는 굴절률을 갖는 광 투과성 재료로 제조된다.
열-반사 유리판은 적외선 및 가시 전자기 복사의 전송, 흡수 및/또는 반사를 제어하는 적절한 매개변수를 갖는 영차 회절 필터로서 EP-A-1767964에 기술되어 있다. 유리판은 빌딩 또는 차량으로 태양 에너지의 전송이 제어되어야 하는 태양-제어 적용에서 IR-관리 목적으로 사용된다. 필터의 작용성은 구조물에 파상면(waved surface)을 제공함으로써 도달되며, 파상면은 단 하나의 파장을 제공한다.
영차 회절 필터는 종종 도파형 공명 필터(guided-mode resonant filter), 공명 도파관 필터 또는 공명 준파장(subwavelength) 격자 필터와 같은 상이한 이름으로 당해 분야에 기술되어 있다.
EP-A-1862827에서, 회절 필터는 전자기 복사의 전송을 제어하기 위하여 사용된다. 그 목적은 EP 1767 964와 동일하지만; 구조물은 파상면이 필터의 굴절 밴드를 좁히는 나노 구조물에 의해 부가로 커버되기 때문에 상이하다.
US-2005-153464는 고체 상태 재료로 홀로그래피 리소그래피(holographic lithography)에 의해 생성되는 이미지를 전송함으로써 광학 반도체와 같은 상기 재료를 패터닝하는 방법을 기술하고 있다.
WO 10/102643은 2차원 파상-구조 표면을 기본으로 하는 광학 도파-모드 공명 필터를 기술하고 있는데, 이의 파장은 표면에 평행한 2 방향이 상이하고, 이 필터는 표면에 수직인 축 주위로 이를 회전시킴으로써 가변적이다.
언급된 모든 필터는 특정 범위의 전자기파와 상호작용하기 위해 잘 한정된 구조를 나타낸다. 이들 상이한 구조물은 그들이 모두 한 방향으로 정확한 한 파장을 갖는 파상면을 제공하는 것이 통상적이다. 종종 이 파상면은 부가 구조물에 의해 커버된다. 이 파상 구조물에 단 하나의 파장을 제공함으로써, 전송 제어가 제한된다. 다중 파장 영역에서 전자기파를 반사하거나 흡착하기 위하여, 몇몇 필터가 연속적으로 적용되어야 한다. 각 필터는 전체 전자기 스펙트럼에 대해 상이한 흡착 특성을 갖기 때문에, 생성된 전송은 단지 원하는 영역에만 영향을 주지 않는다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 선행 기술분야의 단점의 적어도 일부를 완화시키는 것이다. 다른 목적은 다양한 파장 영역에서 전자기 복사의 전송을 제어할 수 있도록 하는 구조물을 제공하는 것이다. 상기 구조물의 제조 방법이 또한 본 발명의 목적 중 하나이다.
이들 목적은 독립항에서 정의한 바와 같은 구조물 및 구조물의 제조 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직하거나, 유용하거나 대안적인 특징은 종속항에 제시되어 있다. 더욱이, 구조물에 관한 설명은 또한 제조 방법에 그리고 역으로 적용된다.
첫 번째 측면에 있어서, 본 발명은 표면이 있는 투명 기판을 포함하며; 이때 상기 표면은 적어도 두 표면파의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴을 가지고, 여기서 상기 표면파 중 적어도 2개는 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파 중 적어도 2개의 파상의 파장을 근거로 하여, 최대 50%까지, 바람직하게는 1 내지 50%의 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 45%의 범위 및 보다 더 바람직하게는 5 내지 40%의 범위만큼 파장이 상이하며, 이때 상기 적어도 두 파상의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택되는 구조물을 제공한다. 적어도 두 표면파의 조합은 3차원 패턴을 제공하며, 이는 동일한 방향으로 배향되는 적어도 두 파상의 중첩으로부터 생성된다(패턴은 종종 "맥놀이 파상(beat wave)"으로 언급됨).
구조물은 일반적으로 태양 전자기 복사의 적어도 일부에 대해 투명한 한 임의의 형태 또는 재료일 수 있고; 용어 "투명한(transparent)"은 특히 매체에 대해 하기 정의되는 바와 같은 특성을 나타낸다. 이 구조물은 적어도 1개의 기판을 포함하며, 이는 바람직하게는 다이일렉트리컴(dielectricum) 또는 아이솔레이터(isolator)이다. 기판은 당해 분야의 숙련가가 상기 투명한 기판을 제공하기 위해 알고 있는 임의의 재료일 수 있다. 기판은 가요성 또는 강성일 수 있다. 기판은 금속 옥사이드, 금속 설파이드, 금속 니트라이드 및 세라믹이나, 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 화합물을 포함할 수 있다. 구조물의 형태는 호일 또는 호일의 적어도 일부 형태로 존재할 수 있다. 2차원으로 구조물의 확장은 몇 밀리미터와 몇 미터 내지 킬로미터 사이에 놓일 수 있다. 제3 방향으로의 확장은 바람직하게는 10 ㎚ 내지 1 ㎜, 보다 바람직하게는 50 ㎚ 내지 1 ㎛ 및 가장 바람직하게는 100 내지 500 ㎚이다. 기판을 넘어서, 구조물은 중합체 층 또는 추가 층과 같은 재료를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 매체는 중합체 층일 수 있다. 구조물이 기판을 넘어 적어도 1개의 재료를 포함한다면, 그것은 층상 구조물(layered structure)이라 부른다.
본 발명에 따르면, 상기 구조물은 표면을 갖는 기판을 포함하며, 여기서 상기 표면은 3차원 패턴을 갖는다. 이 표면은 바람직하게는 구조물의 보다 넓은 2차원 위로 확장됨으로써, 3차원 패턴이 구조물의 제3 차원으로 표면의 변환에 의해 형성된다. 3차원 패턴은 기판의 표면상에서 적어도 2개의 표면파의 조합으로부터 생성된다. 기판의 표면으로 또는 표면 위로 이들 적어도 2개의 파상을 제공함으로써, 표면의 구조물이 바람직하게 고정된다. 이는 파상이 시간에 따라 매체에서 또는 그 위에서 그들의 위치를 바꾸는 경우에 액체 또는 기체나, 이들의 혼합물과 같이 유체 매체 중 또는 그 위의 동파력(dynamic wave)과 대조적이다. 이는 구조물의 표면이 바람직하게는 실온, 정상압력 및 정상습도와 같은 통상의 조건하에 저절로 형태를 변환하거나 바꾸지 않음을 의미한다. 표면파는 표면에 대해 그의 확장시 주기적 형태를 갖는다. 상기에서 알 수 있는 바와 같이, 3차원 패턴은 적어도 두 파상의 고정된 오버레이(overlay)이고, 각각은 한정된 파장 및 진폭을 갖는다. 상기 표면파 중 적어도 2개는 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파 중 적어도 두 파상의 파장을 근거로 하여, 파장이 최대 50%까지, 바람직하게는 1 내지 50%의 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 45%의 범위 및 보다 더 바람직하게는 5 내지 40%의 범위만큼 파장이 상이하다.
본 발명에 따라 적어도 두 파상의 파장 차를 제한함으로써, 조사된 전자기파의 생성된 반사 효과는 그들의 파장의 다중 차이를 갖는 두 파상의 중첩에 관련된 EP 1,862,827에 기술된 바와 같이 넓어지고, 좁아지지 않음을 성취할 수 있다. 본 발명에 따르는 구조물의 상기 적어도 두 파상의 각 파장이 200 내지 900 ㎚의 범위에서 선택되기 때문에, 두 개의 상이한 파상은 그의 파장이 450 ㎚를 초과하여 상이하지 않을 수 있다.
단일 파상은 직사각형 또는 사인파 형태나 이들의 조합과 같은 상이한 형태를 가질 수 있다. 이들 적어도 두 파상을 오버레이시킴으로써, 생성된 3차원 패턴은 적어도 두 표면파의 간섭 구조에 대한 유사성을 나타낸다. 적어도 두 표면파의 생성된 패턴은 적어도 두 단일 파상 각각보다 상이한 형태 및 새로운 주기수를 갖는다.
본 발명의 구조물은 일반적으로 영차 회절 필터의 기능을 수행한다.
일반적으로 태양 복사에 의해 수행되는 바와 같이, 상기 3차원 패턴을 갖는 그런 구조물의 조사에 의해, 조사된 빛의 회절에 도달된다. 상기 회절은 일반적으로 구조물에 대한 감소된 빛의 전송 및 증가된 반사를 유도한다. 본 발명의 구조물은 특히 보다 긴 빛의 파장 영역(예: IR-복사선)의 증가된 반사, 및 이에 따른 IR-복사선의 감소된 전송을 유도한다. 따라서, 본 발명의 구조물은 바람직하게는 시트 또는 스크린(예: 유리 스크린), 윈트실드(windshield), 빌딩 창문, 태양 전지, 예를 들면, 농업 또는 포장용 플라스틱 필름이나 플라스틱 시트의 통합 부품으로서 열 관리에 있어서의 용도를 유용하게 발견한다.
따라서, 본 발명은 또한 태양광의 전송을 감소시키는 방법, 또는 보다 특히 상기 알 수 있는 바와 같은 투명한 부재를 통해, 700 내지 1200 ㎚ 범위의 IR 복사 전송을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 상기 구조물, 상기 구조물을 함유하는 장치를 상기 투명 부재로 통합시킴을 포함한다.
본 발명에 따르는 구조물은 주로 에너지 관리 분야에 적용시킬 수 있다. 이러한 이유로, 구조물의 3차원 패턴은 바람직하게는 그것이 700 내지 1200 ㎚, 바람직하게는 700 내지 1100 ㎚ 및 보다 바람직하게는 750 내지 1000 ㎚ 영역의 전자기 복사의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 30%, 보다 바람직하게는 적어도 50% 및 심지어 가장 바람직하게는 적어도 70%를 반사하는 방법으로 구조화된다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 기판은 매체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 이때 상기 기판과 상기 매체 사이에, 상기 표면이 제공되며, 여기서 상기 기판 및 상기 매체는 굴절률이 상이하고, 일반적으로 서로 직접 접촉된다. 매체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 기판의 형태는 본 발명의 의미에서 층상 구조물이라 불리운다. 이러한 층상 구조물은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 두 개의 상이한 재료를 포함한다.
상기 층상 구조물의 매체는 상이한 기능을 충족할 수 있다. 한 기능은 그 위에서 3차원 패턴을 갖는 기판 표면의 파괴를 방지할 수 있다. 따라서, 매체는 완전히 또는 적어도 부분적으로 기판을 둘러쌀 수 있다. 바람직한 양태에 있어서, 매체는 단지 3차원 패턴을 제공하는 표면을 커버한다. 이는 재료의 단지 두 층만이 전자기파의 전파와 상호작용하는 이점을 갖는다. 매체의 추가 기능은 기판과 매체 사이에 높은 굴절률 차이를 일으킬 수 있었다. 두 접촉 재료의 굴절률 사이 차가 크면 클수록, 보다 많은 전자기 빔이 회절된다. 이 효과에 의해, 구조물의 반사 특성은 원하는 방향으로 영향을 줄 수 있다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 기판이 상기 매체보다 더 높은 굴절률을 갖는 구조물이 제공된다. 구조물 위로 조사된 전자기파의 회절은 한편으론 기판 및 매체의 계면에서 전자기파 일부의 반사를 유발한다. 다른 한편으론, 조사된 전자기파의 일부는 기판으로 결합됨으로써, 기판이 도파관으로서 작용한다. 따라서, 기판은 일반적으로 몇 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있고; 바람직한 기판 두께는 20 내지 1500 ㎚, 특히 50 내지 1000 ㎚의 범위이다. 이는 특히 매체가 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 경우이다. 기판 재료의 선택은 또한 기판의 도파관 특성에 영향을 준다. 금속 성분을 갖는 기판은 금속 화합물이 없는 재료보다 보다 양호한 도파 능력을 갖는다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 3차원 패턴은 500 ㎚ 이하의 범위, 바람직하게는 50 내지 400 ㎚의 범위, 보다 바람직하게는 100 내지 350 ㎚의 범위에서 최대 진폭을 나타낸다. 3차원 패턴의 진폭이 기판 두께보다 더 크면, 또한 기판의 반대면에 파상 형태가 혼입된다. 이러한 파상 패턴은 마주보는 3차원 패턴과 반대이다. 전체 기판은 3차원 패턴의 형태를 그의 두께에 따르도록 할 수 있다. 3차원 패턴의 진폭은 또한 두 파상의 조합의 결과이다. 일반적으로, 단일 파상의 진폭은 3차원 패턴의 진폭보다 아래이거나 그와 동일한 범위이다. 상이한 파장이나 견줄만한 진폭을 갖는 적어도 두 파상의 간섭과 같은, 조합에 의해, 3차원 패턴은 진폭이 변하는 영역을 갖는 파상에 의해 생성된다. 이러한 조합 패턴을 갖는 표면은 넓은 영역의 파장을 반사할 수도 있다.
3차원 패턴은 또한 격자, 예를 들면, 영차 격자인 것으로 고려될 수 있다. 격자는 입사광을 회절시킬 수 있다. 그들의 형태에 따라, 1차(one-order) 격자와 다차(multi-order) 격자를 구별할 수 있다. 1차 격자는 일반적으로 격자 주기라 또한 불리우는, 단 하나의 파장을 갖는 3차원 패턴을 갖는 것으로 정의된다. 다-주기 격자는 일반적으로 1개 초과의 파장을 갖는 3차원 패턴을 갖는 것으로 정의된다. 영차 격자는 주로 기판 표면에 수직인 구조물을 때리는 복사선 빔과 상호작용한다. 영차 격자에 의해, 최고 에너지 부하와 함께 입사 복사의 일부가 필터링될 수 있다.
구조물과 상호작용하는 전자기파의 전파 거동은 또한 조사 각도 및 조사된 파상의 파장에 따라 좌우된다. 구조물의 3차원 패턴은 3차원 패턴에 상응하고 구조물쪽으로 특정 각도로 전파되는 파장을 갖는 파상을 위한 격자 커플러(grating coupler)로서 작용할 수 있다. 기판으로 결합되는 전자기파의 일부는 기판에서 특정 거리에 대해 전파되고, 표면과 상호작용함으로써 에너지가 루즈(loose)해진다. 이러한 에너지 손실로 인하여, 전자기파는 그것이 들어오는 방향으로 기판으로부터 보다 더 결합되리라 추정된다. 그래서 전자기파의 이 부분은 구조물에 의해 또한 반사된다. 기판으로 결합된 전자기파 부분은 그 중에서도 기판의 표면 패턴에 따라 좌우된다. 3차원 패턴이 하나의 파장 및 하나의 진폭을 갖는 단 한 종류의 파상을 갖는다면, 단 한 종류의 전자기파가 구조물에서 반사되거나, 구조물로 결합될 수 있다. 기판에 1개 초과의 파장 또는 진폭을 갖는 1개 초과의 표면파가 존재하는 경우에, 1개 초과의 조사 파장이 반사됨으로써, 기판을 통해 전송되는 것이 장해될 수 있음이 본 발명의 발견이었다.
기판과 달리, 매체는 일반적으로 태양광의 중요한 범위(약 300 내지 약 2500 ㎚의 일반적인 파장 범위)로부터의 전자기파에 대해 투명하므로, 태양 복사 에너지의, 특히 가시 범위(400 내지 800 ㎚)의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 30% 및 보다 바람직하게는 적어도 50%의 전송을 허용한다. 바람직하게는, 투명도가 300 내지 1200 ㎚의 영역, 바람직하게는 300 내지 800 ㎚의 영역에 놓인다. 창문에서의 용도(예: 차량용 윈드스크린)를 위해, 예를 들면, 매체는 적어도 300 내지 800 ㎚, 특히 400 내지 800 ㎚의 범위인 가시범위에서 투명해야 한다. 그러나, 윈드스크린에 사용되는 재료(예: 유리 또는 플라스틱)는 또한 1000 또는 1200 ㎚ 이하의 보다 광범위한 영역의 전자기파를 종종 전송한다. 매체는 당해 분야의 숙련가가 매체의 앞서 언급한 용도를 제공하기 위해 사용한 임의 물질을 포함하거나 이것으로 구성될 수도 있다. 매체는 바람직하게는 적어도 기판과 접촉 후 고체이다. 바람직하게는, 매체는 3차원 패턴을 파괴하지 않으면서 기판에 결합될 수 있다. 매체 재료는 중합체, 유리, 금속 및 세라믹이나 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 양태로, 매체는 중합체 층을 포함한다. 이 중합체 층은 바람직하게는 20중량% 초과의 중합체, 보다 바람직하게는 50중량% 초과를 포함하며, 보다 더 바람직하게는 중합체 층은 중합체이다. 매체 또는 중합체 층은 100 ㎚ 내지 1 ㎜의 범위, 바람직하게는 500 ㎚ 내지 0.5 ㎜의 범위 및 보다 더 바람직하게는 800 ㎚ 내지 200 ㎛의 범위인 두께를 가질 수 있다. 이후에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 매체는 먼저 그의 표면에 3차원 패턴이 제공될 수 있고, 이에 의해 기판은 층상 구조물을 제공하기 위하여 그 구조물 위에 놓인다.
바람직한 양태에 있어서, 매체는 적어도 1개의 열가소성 중합체를 포함한다. 이 열가소성 중합체는 바람직하게는 20중량% 초과의 열가소성 중합체, 보다 바람직하게는 50중량% 초과를 포함하며, 보다 더 바람직하게는 열가소성 중합체 층이 열가소성 중합체이다. 구조물의 매체는 바람직하게는 고온 엠보싱 가능한 중합체(hot embossable polymer) 또는 UV 경화성 수지나, 이들 중 적어도 2개를 포함한다. 구조물의 매체는 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리-옥시-메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리비닐부티랄 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함한다.
또한, 기판과 매체 사이에 굴절률 차이는 구조물로 조사되는 경우에 전자기파의 거동 또는 빔에 영향을 주리라 예상된다. 그래서 3차원 패턴의 형태와 함께 기판 및 매체 재료의 선택은 구조물을 통해 전자기파의 전파 거동에 관여된다. 바람직하게는, 구조물이 제공되는데, 이때 기판 및 매체는 그들의 굴절률이 적어도 0.3, 바람직하게는 적어도 0.5 및 보다 더 바람직하게는 적어도 0.9까지 상이하다.
이미 언급한 바와 같이, 투명 기판은 전자기파 스펙트럼의 넒은 영역에서 투명한 재료로 구성될 수 있다. 구조물은 적어도 20중량%, 바람직하게는 40중량% 초과 및 가장 바람직하게는 60중량% 초과의 투명 기판을 포함한다. 바람직한 양태에 있어서, 기판은 금속 옥사이드 또는 금속 설파이드나 이 둘 모두를 포함한다. 기판은 바람직하게는 20중량% 초과, 바람직하게는 50중량% 초과 및 보다 더 바람직하게는 80중량% 초과의 금속 옥사이드 또는 금속 설파이드나 이 둘 모두를 포함한다. 바람직한 양태에 있어서, 기판은 TiO2, ZnS, Ta2O5, ZrO2, SnN, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, HfO2, AlN 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 구조물 또는 층상 구조물은, 예를 들면, 추가 중합체 층의 형태로 추가의 층을 포함할 수 있다. 추가 층은 매체와 재료 및 특성이 상이할 수 있다. 예를 들면, 추가 층은 기계적 힘으로부터 특히 3차원 패턴을 방지하지 위하여 구조물에 보다 강한 구성을 제공할 수 있다.
추가 측면에 있어서, 본 발명은 앞서 기술한 바와 같은 형태인 층상 구조물을 생성하는 방법을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 층상 구조물의 제조 방법은:
i. 수지 표면을 포함하는 수지를 제공하는 단계,
ii. 상기 수지 표면에 수지 파상형 이미지(수지 파상형 이미지)를 형성하는 단계,
iii. 매체 표면 상에서 수지 파상형 이미지를 변환시켜 적어도 두 표면파의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴을 수득하는 단계,
iv. 상기 3차원 패턴의 적어도 일부에 투명 기판을 침착시키는 단계를 포함하며,
이때 수지 파상형 이미지는, 상기 수지 표면 위에 제1 방향으로부터의 제1 복사 빔 및 상기 제1 방향과 상이한 추가 방향으로부터의 추가 복사 빔을 적용시키고, 여기서 상기 제1 복사 빔 및 상기 추가 복사 빔은 각도 θ를 형성하며, 상기 수지 표면에 대해 상기 제1 빔 또는 상기 추가 빔의 적어도 한 방향을 변화시킴으로써 형성된다. 본 발명의 방법에 의해 수득된 층상 구조물은 바람직하게는 본 발명의 첫 번째 측면에 기술된 것이다.
수지는 당해 분야의 숙련가가 열 또는 기계적 공정에 의해 그의 표면에 구조화될 수 있음을 아는 임의 재료로 구성될 수 있다. 이는, 예를 들면, 포토레지스트 기술로부터 잘 알려진 레지스트일 수 있다. 상기 레지스트는 마이크로전자 및 마이크로 시스템 기술 분야에 사용된다. 수지의 형태인 레지스트는 중합체, 예를 들면, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 에폭시 수지나 이둘 모두와 같은 아크릴 중합체로 형성될 수 있다. 상기 수지 표면에 수지 파상형 이미지의 형성 단계는 몇 개의 추가 단계를 포함할 수 있다. 수지 파상형 이미지를 형성하는 바람직한 방법은 홀로그래피 패턴을 생성하는 잘 알려진 방법(홀로그래피 리소그래피)이다. 먼저, 마스터 표면 릴리프 구조(master surface relief structure)를 마스터 표면 패턴의 형태로 생성한다. 이는 복사 빔, 예를 들면, 레이저 또는 전자빔 가공 방법(writing process)으로 수지 표면을 처리함으로써 제조할 수 있다. 두 경우에, 레지스트는 광자 또는 전자에 노광된다.
수지 표면의 적어도 일부를 일루미네이팅(illuminating)함으로써, 중합체는 앞서 연성화시킨 경우 또는 그 반대의 경우에 경화될 것이다. 수지를 제1 방향으로부터의 제1 복사 빔 및 상기 제1 방향과 상이한, 추가 방향으로부터의 추가 복사 빔으로 일루미네이팅하는 경우에, 수지 파상형 이미지가 형성된다. 제1 복사 빔 및 추가 복사 빔은 각도 θ를 형성하며, 빔 쌍을 구성한다. 복사 빔의 수는 제한되지 않는다. 상기 수지 표면에 대해 상기 제1 빔 또는 상기 추가 빔의 적어도 한 방향을 변화시킴으로써, 수지 파상형 이미지는 형태에 영향을 받을 수 있다. 생성된 파상형 이미지의 형태는 적어도 두 복사 빔의 상호작용에 따라 좌우된다.
이러한 상호작용은 결국 서로에 대한 적어도 두 복사 빔의 각도 θ뿐만 아니라, 파장 및 진폭에 따라 좌우된다. 수지의 표면에 동시에 또는 연속적으로 적용되는 상이한 복사 빔의 조합에 의해 생성되는 이미지가 형성된다. 각각의 복사 빔이 한정된 주기수(periodicity)를 갖기 때문에, 적어도 두 복사 빔의 주기수가 상이하다면, 생성된 수지 파상형 이미지도 또한 본래 주기수와 상이한 주기수를 갖는다. 두 조사 빔이 동일한 파장을 갖는다면, 생성된 수지 파상형 이미지의 주기는 노광 복사 빔의 파장 및 복사 빔 사이의 각도 θ에 따라 좌우된다:
P = λ/2 sinθ (1)
상기 식에서, P는 격자 주기이고, λ는 복사 빔의 파장이며, θ는 두 복사 빔 사이의 각도이다.
다중-주기 격자를 생성하는 적어도 2개의 조합된 파상을 갖는 수지 파상형 이미지를 제조하기 위하여, 홀로그래피 기술에 의한 포토레지스트 층의 다중 노광이 유용하다. 다중 노광 도중, 복사 빔의 방향은 변할 수도 있다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 제1 빔 또는 상기 추가 빔의 적어도 한 방향의 상기 변화로 상기 각도 θ의 변화를 일으키는 방법이 기술되어 있다. 각도 θ를 변화시키는 한 가능성은 수지 표면에 제2의 노광 각도 θ2를 갖는 제2 빔 쌍을 사용하는 것이다. 바람직한 양태로, 적어도 4개의 복사 빔이 수지 파상형 이미지를 생성하는데 사용된다. 이들 4개의 복사 빔은 두 쌍의 복사 빔을 형성한다. 복사 빔의 노광은 통상 두 단계로 수행한다. 제1 단계에서, 제1 빔 쌍의 각도 θ1하에 노광이 이루어져서 주기 P1을 갖는 잠재(latent) 격자를 유도한다. 이 노광의 마무리 후 또는 도중, 제2 빔 쌍의 제2 노광이 각도 θ2하에 노광이 이루어져서 잠재 격자 주기 P2를 유도한다. 현상 단계에서 수지 표면의 현상 후, 두 격자가 조합된 방식으로 관찰될 것이다. 수지 표면은 4개의 복사 빔에 의해 조절하여, 생성된 격자가 하기 식에 따르는 주기를 유지하도록 한다:
P12 = 2(1/P1 + 1/P2)-1 (2)
상기 식에서, P12는 평균 격자 주기이고, P1은 제1 복사 빔 쌍의 주기수이며, P2는 제2 복사 빔 쌍의 주기수이다. 동일한 방법으로, 3개 이상의 상이한 파상의 조합에 대해 생성된 격자 주기를 계산한다.
수지 표면 상에 상기 조합 패턴을 생성하는 대안적인 방법은 복사 빔 사이의 각도 θ1을 갖는 1개의 복사 빔 쌍의 사용으로, 이에 의해 수지 표면은 복사 빔 쌍에 대해 틸팅(tilting)될 수 있다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 제1 빔 또는 상기 추가 빔의 적어도 한 방향의 변화가 상기 제1 빔 또는 상기 추가 빔의 방향에 대해 수지 표면을 틸팅시킴으로써 일어나는 방법이 제공된다. 수지를 틸팅시키는 방법의 경우, 홀더(holder)가 임의의 방향으로 틸팅될 수 있는 수지에 대해 제공될 수 있다. 바람직하게는 또한 제3 방향에 홀더의 위치가 변할 수 있다. 그것은 수지의 틸팅이 보다 실제적이거나 복사 빔의 위치를 변화시키든지 간에 수지의 형태 및 크기에 따라 좌우된다. 두 방법은 3차원 패턴으로 표시되는, 수지에 동일한 파상형 이미지를 유도할 수 있다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 상기 제1 복사 빔 및 상기 추가 복사 빔이 각각 200 내지 600 ㎚의 범위, 바람직하게는 300 내지 600 ㎚의 범위, 보다 바람직하게는 420 내지 600 ㎚의 범위인 파장을 갖는 방법이 제공된다. 이 범위에서 복사 빔의 파장을 선택함으로써, 우선적으로 IR 영역에서 조사된 빛을 반사하는 구조물 상에 3차원 패턴이 수득된다. 패턴화 구조물은 특히 열 제어를 위해, 상기 구조물에 의해 보호되는 방의 에너지 유입을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 추가의 바람직한 양태에 있어서, 제1 및 추가 복사 빔이 레이저 빔 및 e-빔이나, 이들 중 둘로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법이 제공된다. 레이저 가공 도중, 양자가 수지의 표면과 상호작용하는 반면에, 전자는 e-빔이 적용되는 경우에 사용된다. 레이저에 대한 한 예는 HeCd 레이저이다. 전자 빔 가공은 고에너지 전자 빔 가속화기를 사용한 생성물의 조사(처리)를 포함한다. 전자-빔은 진공에서 관찰되는 전자의 스트림이다. e-빔의 적용을 위해, 그것은 문헌(Bly, J.H.; Electron Beam Processing. Yardley, PA: International Information Associates, 1988)을 참조한다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 상기 제1 복사 빔의 파장이 상기 추가 복사 빔의 파장과 상이한 방법이 제공된다. 복사 빔의 파장이 생성된 수지의 표면 구조물에 충격을 가하면, 수지의 계획된 구조화는 적절한 파장을 선택하고, 특히 복사 빔의 상이한 파장을 선택함으로써 성취할 수 있다.
수지의 복사 후, 수지 파상면의 형태를 고정하는 레지스트의 현상 단계를 수행할 수 있다. 현상 단계 도중, 수지의 경화 또는 연화 부분은 예를 들면, 용매에 의해 연화 또는 겨오하된 중합체 구조물로부터 분리할 수 있다. 이 현상 단계의 결과는, 예를 들면, 사인파형 단면적 또는 몇몇 사인파형 및/또는 직사각형 파의 조합의 단면적을 유지하는 연속적인 표면 릴리프 구조일 수 있다. 전자 빔에 노광된 레지스트는 통상 직사각형 파 형태에 대한 이원(binary) 표면 구조물을 생성한다. 연속적이고 이원 표면 릴리프 구조물은 매우 유사한 광학 거동을 생성한다. 갈바닉 단계(galvanic step)에 의해, 통상적으로 연성 레지스트 재료는 경질의 튼튼한 금속 표면으로, 예를 들면, 닉켈 심(Nickel shim)으로 전환된다. 이러한 금속 표면은 엠보싱 툴로서 사용될 수 있다. 마스터 표면을 제공하는 이러한 엠보싱 툴에 의해, 중합체 층 또는 호일의 형태인 매체가 엠보싱될 수 있다. 엠보싱된 3차원 패턴을 갖는 매체는 층상 구조물의 기판의 침착(deposition)을 위한 기재로서 작용한다. 이러한 침착 단계는 상이한 공정, 예를 들면, 진공 증착, 스퍼터링, 프린팅, 주조 또는 스탬핑(stamping)이나, 이들 공정 중 적어도 둘의 조합에 의해 성취할 수 있다. 바람직하게는, 기판은 진공 증착에 의해 침착시키는데, 이는 이 공정이 침착 재료의 두께에 관해 높은 정확도를 갖기 때문이다.
또한, 추가 재료가 기판 및/또는 매체 위로 침착될 수 있다. 이는 기계적 응력에 대해 구조물을 보호하는 중합체 층일 수도 있다.
복잡한 구조물의 경우, 표면 릴리프는 전자 빔 가공기(electron beam writer)를 사용하여 보다 용이하게 가공할 수 있다. 전자 빔 크기 및 이원 특성은 적절한 시뮬레이션 및 최적화 계산으로 결론지을 수 있다.
본 발명의 추가 측면에 있어서,
i. 표면을 포함하는 매체를 제공하는 단계,
ii. 적어도 두 표면파의 조합으로부터 생성된 3차원 패턴으로 상기 표면의 적어도 일부를 변환시키는 단계,
iii. 상기 3차원 패턴의 적어도 일부 위에 투명 기판을 침착시키는 단계를 포함하며,
이때 상기 표면파의 적어도 둘은 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파의 상기 적어도 둘의 파상의 파장을 근거로 하여, 최대 50%까지, 바람직하게는 1 내지 50%의 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 45%의 범위 및 보다 바람직하게는 5 내지 40%의 범위만큼 파장이 상이하며, 여기서 상기 적어도 두 표면파의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택되는 구조물의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 방법에 의해 수득된 구조물은 본 발명의 첫 번째 측면에 기술된 것이다.
상기 방법은 표면을 포함하는 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 매체는 상기 구조물에 대해 언급된 임의의 재료일 수 있다. 매체는 호일 또는 층이나 이의 단지 일부와 같은 평면 구조물의 형태로 제공될 수 있다. 매체의 형태 및 치수는 앞서 구조물에 대해 기술한 바와 같이 선택될 수 있다. 유용하게 평면 구조물은 그것이 이루어진 재료에 따라 가요성 또는 강성일 수 있다. 구조물의 표면 중 하나에, 3차원 패턴이 변환 단계의 형태로 침착된다. 투명 기판을 3차원 패턴의 적어도 일부에 침착함으로써, 표면파는 두 재료 사이에 간섭을 형성한다. 바람직한 양태로, 변환 단계는 엠보싱, 스탬핑 및 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법이 제공된다. 이들 공정은 당해 분야의 숙련가에게 잘 알려져 있다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 3차원 패턴이 500 ㎚ 이하의 범위, 바람직하게는 50 내지 400 ㎚의 범위, 보다 바람직하게는 100 내지 350 ㎚의 범위인 최대 진폭을 나타내는 방법이 제공된다. 기판의 두께와 동일한 범위로 진폭을 선택함으로써, 기판의 전 두께를 통해 확장된 3차원 패턴이 제공된다. 이러한 작은 기판 층의 이점은 기판을 통해 전파된 조사 빔의 가시영역에서 투명도가 높은 것이다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 매체가 중합체 층을 포함하는 방법이 제공된다. 중합체 층은 100 ㎚ 내지 1 ㎜의 범위, 바람직하게는 500 ㎚ 내지 0.5 ㎜의 범위 및 보다 더 바람직하게는 800 ㎚ 내지 200 ㎛의 범위인 두께를 가질 수 있다. 추가의 바람직한 양태에 있어서, 중합체 층이 적어도 1개의 열가소성 중합체를 포함하는 방법이 제공된다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 매체가 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리-옥시-메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐부티랄 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 방법이 제공된다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 기판 및 매체는 적어도 0.3, 바람직하게는 적어도 0.5 및 보다 더 바람직하게는 적어도 0.9까지 그들의 굴절률이 상이한 방법이 제공된다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 기판이 금속 옥사이드 또는 금속 설파이드를 포함하는 방법이 제공된다. 추가의 바람직한 양태에 있어서, 기판이 TiO2, ZnS, Ta2O5, ZrO2, SnN, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, HfO2, AlN 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가 측면에 있어서, 기술된 방법중 임의의 것에 따르는 방법으로부터 수득될 수 있는 구조물이 제공된다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 상기 구조물이 적어도 1개의 추가 층을 포함하는 구조물이 제공된다. 추가 층은 상기 알 수 있는 바와 같이 태양 전자기파 스펙트럼의 적어도 일부에 대해 투명한 층상 구조물을 제공하기 위하여 당해 분야의 숙련가에게 공지된 임의의 재료일 수 있다. 추가 층은 매체와 동일한 재료를 포함할 수 있다. 바람직한 양태로, 상기 추가 층은 적어도 50중량%, 바람직하게는 적어도 70중량%, 보다 바람직하게는 적어도 90중량%의 중합체를 포함한다. 중합체는 앞서 인용한 재료로부터 선택될 수 있다. 추가 층은 또한 라미네이션(lamination) 또는 캅셀화(encapsulation) 층으로서 불리울 수 있다. 바람직하게는 추가 층은 고온 엠보싱 가능한 중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리-옥시-메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리비닐부티랄로 이루어지고, 자외선 경화성 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 중합체를 포함한다.
추가의 바람직한 양태에 있어서, 상기 구조물이 안료, 윈드실드와 같은 유리 스크린, 빌딩 창문, 태양 전지(solar cell) 또는 광전지(photovoltaic cell)의 군으로부터 선택되는 구조물이 제공된다. 구조물의 재료는 앞서 기술한 것들 중 임의의 것일 수 있다. 구조물은 이들 상이한 목적 및 용도를 위한 상이한 형태로 제공될 수 있다. 안료의 경우에, 구조물은 작은 입자로 형성될 수 있다. 이들 입자의 크기는 1 ㎛ 내지 수 ㎜로 변할 수 있다. 유리 스크린의 경우에, 구조물의 형태는 세 번째 치수보다 2차원으로 훨씬 크게 확장된 호일의 형태로 존재할 수 있다. 호일은 1 ㎚ 내지 수 ㎜의 범위인 두께, 수 ㎜ 내지 수 m의 길이 및 너비를 가질 수 있다. 태양 전지 또는 광전지용으로 사용된 구조물은 유리 또는 창문 적용을 위해 기술된 호일과 동일한 영역에 존재할 수 있지만, 너비 및 길이는 일반적으로 수 ㎛ 내지 수 ㎝의 범위로 더 작다. 본 발명의 추가의 측면에 있어서, 안료, 윈드실드와 같은 유리 스크린, 창문과 같은 건축 구조물, 태양 전지 또는 광전지에 있어서의 앞서 기술한 구조물의 용도가 제공된다. 이들 용도를 위해, 구조물은 형태 및 크기가 상이한 잉크, 유리 또는 플라스틱과 같은 추가의 재료와 합할 수 있다. 구조물과 이들 대상을 접촉시키기 위하여, 이들 목적을 위해 당해 분야의 숙련가에게 잘 공지된 바와 같은 다양한 혼합 단계가 적용될 수 있다. 예로 커버링(covering), 가이딩(guiding) 또는 침착(depositing)이 있다.
앞서 언급한 구조물은 모두 그들이 바람직하게는 700 내지 1000 ㎚의 범위인 복사의 적어도 일부를 반사하기에 적합하다는 것이 통상적이다. 바람직하게는, 구조물은 주로 가시영역에서 투명하다. 상기 구조물의 용도는 이미 언급한 바와 같은 매니폴드(manifold)일 수 있다. 본 발명에 따르는 구조물은 주로 에너지 관리 분야에 적용시킬 수 있다. 이러한 이유로, 구조물의 3차원 패턴은 바람직하게는 700 내지 1200 ㎚, 바람직하게는 700 내지 1100 ㎚ 및 보다 바람직하게는 750 내지 1000 ㎚의 범위인 전자기 복사의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 30%, 보다 바람직하게는 적어도 50% 및 심지어 가장 바람직하게는 적어도 70%를 반사하는 방법으로 구조화된다.
따라서, 본 발명은 하기 목적들을 포함한다:
[1] 표면(112)을 갖는 투명 기판(110)을 포함하고, 이때 상기 표면(112)은 적어도 두 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴(310)을 가지며, 여기서 상기 표면파(312, 314, 316)의 적어도 2개는 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파(312, 314, 316) 중 적어도 2개의 파상의 파장을 근거로 하여 최대 50%까지 파장이 상이하며, 이때 상기 적어도 두 파상(312, 314, 316)의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택되는 구조물.
[2] 상기 기판이 매체(102)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고; 이때 상기 기판(110)과 상기 매체(102) 사이에 상기 표면(112)이 제공되며; 여기서 상기 기판(110) 및 상기 매체(102)는 굴절률이 상이한 구조물 [1].
[3] 상기 기판(110)이 상기 매체(102)보다 큰 굴절률을 갖는, 상기 구조물 중 하나.
[4] 상기 3차원 패턴(310)이 500 ㎚ 이하 범위의 최대 진폭을 나타내는, 상기 구조물 중 하나.
[5] 상기 매체(102)가 중합체 층(102)을 포함하는, 상기 구조물 중 하나.
[6] 상기 매체(102)가 적어도 1개의 열가소성 중합체를 포함하는, 상기 [5]에서와 같은 구조물.
[7] 상기 매체(102)가 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리-옥시-메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리비닐부티랄 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는, 상기 구조물 중 하나.
[8] 상기 기판(110) 및 상기 매체(102)가 적어도 0.3까지 그들의 굴절률이 상이한, 상기 구조물 중 하나.
[9] 상기 기판(110)이 금속 옥사이드 또는 금속 설파이드나 이 둘 모두를 포함하는, 상기 구조물 중 하나.
[10] 상기 기판(110)이 TiO2, ZnS, Ta2O5, ZrO2, SnN, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, HfO2, AlN 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 [9]에서와 같은 구조물.
[11] i. 수지 표면(204)을 포함하는 수지(202)를 제공하는 단계,
ii. 상기 수지 표면(204)에 수지 파상형 이미지(214)를 형성하는 단계,
iii. 매체(102)의 표면(104) 위로 상기 수지 파상형 이미지(214)를 변환시켜 적어도 두 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴(310)을 수득하는 단계,
iv. 상기 3차원 패턴(310)의 적어도 일부에 투명 기판(110)을 침착시키는 단계를 포함하며,
이때 상기 수지 파상형 이미지(214)는 상기 수지 표면(204) 위에 제1 방향으로부터의 제1 복사 빔(206) 및 상기 제1 방향과 상이한 추가 방향으로부터의 추가 복사 빔(208, 302, 304)을 적용시켜 형성하며,
여기서 상기 제1 복사 빔(206) 및 상기 추가 복사 빔(208, 302, 304)은 각도 θ(212, 300)를 형성하고,
상기 수지 표면(204)에 대해 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 적어도 한 방향을 변화시키는 층상 구조물(100)의 제조 방법.
[12] 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 적어도 한 방향의 상기 변화로 상기 각도 θ(212, 300)의 변화가 일어나는, 목적 [11]에 따르는 방법.
[13] 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 적어도 한 방향의 상기 변화가 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 방향에 대해 상기 수지 표면(204)을 틸팅(tilting)시킴으로써 일어나는, 목적 [11] 또는 [12] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[14] 상기 제1 복사 빔(206, 210) 또는 상기 추가 복사 빔(208, 302, 304)이 각각 200 내지 600 ㎚ 범위의 파장을 갖는, 목적 [11] 내지 [13] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[15] 상기 제1 및 추가 복사 빔(206, 208, 302, 304)이 레이저 빔 및 e-빔 또는 이들 중 둘로 이루어진 군으로부터 선택되는, 목적 [11] 내지 [14] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[16] 상기 제1 복사 빔(206, 210)의 파장이 상기 추가 복사 빔(208, 302, 304)의 파장과 상이한, 목적 [11] 내지 [15] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[17] i. 표면(104)을 포함하는 매체(102)를 제공하는 단계,
ii. 적어도 두 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성된 3차원 패턴(310)으로 상기 표면(104)의 적어도 일부를 변환시키는 단계,
iii. 상기 3차원 패턴(310)의 적어도 일부 위에 투명 기판(110)을 침착시키는 단계를 포함하며,
이때 상기 표면파(312, 314, 316)의 적어도 둘은 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파(312, 314, 316)의 상기 적어도 두 파상의 파장을 근거로 하여 최대 50%까지 파장이 상이하며, 여기서 상기 적어도 두 표면파(312, 314, 316)의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택되는 구조물(100)의 제조 방법.
[18] 상기 변환 단계가 엠보싱, 스탬핑 및 프린팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 목적 [11] 내지 [17] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[19] 상기 3차원 패턴(310)이 500 ㎚ 이하의 범위에서 최대 진폭을 나타내는, 목적 [11] 내지 [18] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[20] 상기 매체(102)가 중합체 층(102)을 포함하는, 목적 [11] 내지 [19] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[21] 상기 중합체 층(102)이 적어도 1개의 열가소성 중합체를 포함하는, 목적 [11] 내지 [20] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[22] 상기 매체(102)가 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리-옥시-메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐부티랄 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 목적 [11] 내지 [21] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[23] 상기 기판(110) 및 상기 매체(102)가 적어도 0.3까지 그들의 굴절률이 상이한, 목적 [11] 내지 [22] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[24] 상기 기판(110)이 금속 옥사이드 또는 금속 설파이드를 포함하는, 목적 [11] 내지 [23] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[25] 상기 기판(110)이 TiO2, ZnS, Ta2O5, ZrO2, SnN, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, HfO2, AlN 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 목적 [11] 내지 [24] 중 어느 하나에 따르는 방법.
[26] 목적 [11] 내지 [25] 중 어느 하나에 따르는 방법으로부터 수득될 수 있는 구조물(100).
[27] 상기 구조물이 적어도 1개의 추가 층(114)을 포함하는, 목적 [1] 내지 [10] 또는 [26] 중 어느 하나에 따르는 구조물(10, 100).
[28] 상기 구조물이 윈드실드와 같은 유리 스크린, 빌딩 창문 또는 태양 전지의 군으로부터 선택되는, 목적 [1] 내지 [10] 또는 [26] 또는 [27] 중 어느 하나에 따르는 구조물(10, 100).
[29] 윈드실드와 같은 유리 스크린, 빌딩 창문 또는 태양 전지에 있어서의 목적 [1] 내지 [10] 또는 [26] 내지 [28] 중 어느 하나에 따르는 구조물(10, 100)의 용도.
[30] 태양 복사, 특히 IR 복사용 반사체로서, 중합체 필름 또는 플라스틱 스크린이나 플레이트 또는 유리 스크린과 같은, 목적 [1] 내지 [10] 또는 [26] 내지 [28] 중 어느 하나에 따르는 구조물(10, 100)의 용도, 또는 상기 구조물을 함유하는 장치.
[31] 특히 차량 또는 빌딩이나 기술적 장치(예: 태양 전지)에서 열 관리를 위한, 중합체 필름 또는 플라스틱 스크린이나 플레이트 또는 유리 스크린과 같은, 목적 [1] 내지 [10] 또는 [26] 내지 [28] 중 어느 하나에 따르는 구조물(10, 100)의 용도, 또는 상기 구조물을 함유하는 장치.
[32] 상기 목적 [1] 내지 [10] 또는 [26] 내지 [28] 중 어느 하나에 따르는 구조물(10, 100)을 함유하는 장치.
[33] 특히 열 관리를 위한 중합체 필름, 플라스틱 스크린, 플라스틱 시트, 플라스틱 플레이트 및 유리 스크린으로부터 선택되는 목적 [32]의 장치.
[34] 3개 이상의 층을 포함하는, 목적 [33]의 장치.
본 발명의 상기 및 다른 특징은 첨부되는 도면을 참조로, 예로서 본 발명의 양태의 하기 설명으로부터 명확해 질 것이다.
도 1a): 고전적인 준파장 격자 기본 반사체의 도식;
도 1b): 1개의 격자 주기를 유지하는 최신 공명 격자(resonant 격자)에 의한 반사/전송;
도 2: 2개의 방사선원(radiation source) 및 중합체 레지스트의 통상적인 배열의 도식;
도 3: 중합체 수지와 혼합된 다수의 방사선원의 도식;
도 4a): 방사선원 및 중합체 수지의 회전 배열 도식;
도 4b): 매체 파상형 이미지로 레지스트 파상형 이미지의 변환 방법에 의한 다중 주기 격자의 제조 방법의 도식;
도 5a-5c): a) 단일 주기 격자, b) 2-주기 격자 및 c) 3-주기 격자를 유지하는, 고지수 코팅 준파장 구조물을 기본으로 하는 반사체의 도식;
도 6: 2-주기 격자를 유지하는 표면 프로필의 주사전자 현미경(SEM) 이미지의 단면도;
도 7: 2-주기 격자를 유지하는 프로필 상의 상면도;
도 8: 2-주기 격자를 유지하는 장치의 전송 스펙트럼의 도식;
도 9: 3-주기 격자를 유지하는 프로필 상의 상면도;
도 10a-10c): 1차원인 이원 격자 패턴의 도식;
도 11a) 및 11b): 2차원인 이원 격자 패턴의 도식;
도 12a): 사인파의 도식(선행 기술);
도 12b): 도 12a)의 파상의 푸리에 변환도(view of Fourier transformation);
도 13a): 직사각형 파의 도식(선행 기술);
도 13b): 도 13a)의 파상의 푸리에 변환도;
도 14a): 사인파에 의해 중첩되는 직사각형 파의 도식(선행 기술);
도 14b): 도 14a)의 파상의 푸리에 변환도;
도 15a): 2개의 혼합된 사인파의 도식;
도 15b): 도 15a)의 사인파의 푸리에 변환도
도 1a)는 투명 기판 (110)을 갖는 구조물 (10)을 나타낸다. 투명 기판 (110)은 기판 표면 (112)라 또한 불리우는 표면 (112)를 갖는다. 표면 (112)는 적어도 두 표면파 (312, 314, 316)의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴 (310)을 나타낸다. 표면 (112)와 마주보는, 기판은 3차원 패턴 (310)과 반대인 다른 표면 (113)을 갖는다. 구조물 (10)의 표면 (112)는 제1 계면 (108)을 형성하며, 이때 입사 조사 빔 (120)은 표면파 (312, 314 및 316)과 상호작용할 것이다. 조사 빔 (120)의 파장 및 기판 (110)의 표면 (112)에 대한 조사 빔 (120)의 각도에 따라, 조사 빔 (120)은 구조물 (10)에 의해 반사되거나, 기판 (110)으로 결합되거나 구조물 (10)을 통해 전송될 것이다. 조사 빔 (120)이 기판 (110)에 결합되는 경우에, 구조물 (10)은 광학 회절 격자라 불리울 수 있다. 상기 구조물 (10)은 도 1b)에 제시된 바와 같이 층상 구조물 (100)의 기본일 수 있다.
도 1b)에는, 중합체 표면 (104)를 갖는 중합체 층 (102)의 형태인 매체 (102)로 구성된, 층상 구조물 (100)의 형태인 통상적인 준파장 격자가 제시되어 있다. 중합체 층 (102)의 재료의 예는 폴리에틸렌 또는 폴리메틸메타크릴레이트나, 다른 중합체 또는 이들의 혼합물이다. 매체 파상형 이미지 (106)은, 예를 들면, 도 2에 제시된 방법에 의해 중합체 표면 (104) 상에 형성된다. 매체 파상형 이미지 (106)은 그의 기판 표면 (112)를 통해 투명 기판 (110)에 대한 제2 계면 (109)를 형성한다. 따라서, 두 표면 (104) 및 (112)는 제2 계면 (109)를 통해 매체 파상형 이미지 (106)에 의해 서로 접촉된다. 기판 (110)에 대한 재료의 예는 TiO2, ZnS 또는 Ta2O5나 이들의 혼합물이다. 화살표 (120, 130 및 140)은 조사 빔 (120), 반사 빔 (130) 및 전송 빔 (140)을 나타내며, 구조물 (100)이 한 면으로부터 조사되는 경우에 상황을 예시한 것이다. 반사 빔 (130) 및 전송 빔 (140)은 조사 빔 (120)과 층상 구조물 (100)의 매체 파상형 이미지 (106)의 상호작용으로부터 생성된다. 반사 스펙트럼 (150) 및 전송 스펙트럼 (160)은 도 1b)에 제시된 바와 같이 1주기 준파장 격자에 대한 특성이다. 이들 스펙트라 (150 및 160)의 특성은 파상형 이미지 (190)의 격자 주기 (190)에 상응하는 조사 빔 (120)의 단 1개 파장이 그것이 반사되는 방법으로 파상형 이미지 (106)의 구조와 상호작용한다. 기판 (110) 및 중합체 층 (102)은 모두 방사선의 광범위한 범위에서 투명하다. 따라서, 반사된 방사선은 상이한 굴절률을 갖는 표면 (104) 및 (112)가 연결되는 제2 계면 (109)에서 방사선과 파상형 이미지 (106)의 상호작용으로부터 생성된다. 이러한 1주기 격자에서, 특정 파장 영역의 유일한 복사 빔은 파상형 이미지 (106)에 의해 반사되는데, 이는 파상형 이미지 (106)가 하나의 주기적으로 반복되는 파형을 갖는 단 1개의 파상 (312)를 포함하기 때문이다. 이러한 제1 파상 (312)는 직사각형 또는 사인파 형태이거나, 이들의 조합일 수 있다. 1주기 격자에서 이러한 파형의 특성은 파상형 이미지 (106)의 파장 및 진폭이 전체 층상 구조물 (100)에 대한 것과 동일하다는 것이다. 이러한 층상 구조물 (100)은 또한 기판 (110) 위에 추가의 층 (114)를 포함할 수 있다. 이 층 (114)는 오염 또는 기계적 노출에 의한 층상 구조물 (100)의 파괴를 방지할 수 있다. 상기 층상 구조물 (100)은 도 3, 4 및 5에 제시된 바와 같이, 3차원 패턴 (310)을 포함하는 파상형 이미지 (106)에 의해 또한 형성될 수 있다. 도 1b)에 제시된 층상 구조물 (100)의 구성은 층이 추가 도면에 대해 논의된 바와 같이 배향되는 방식으로 모든 1, 2, 3 내지 n-주기 격자에 대한 예시이다.
매체 파상형 이미지 (106)이 매체 (102)의 표면 (104) 위로 레지스트 파상형 이미지 (214)라 또한 불리우는, 수지 파상형 이미지 (214)의 마스터 표면 패턴을 엠보싱하여 구성할 수 있다. 수지 파상형 이미지 (214)는 고전적인 홀로그래피 방법이나 전자 비임 가공에 의해 구성할 수 있다. 주요 방법은 도 2에 예시된 바와 같이 예를 들면, 레지스트 (202)로서 수지 (202)의 표면 (204)을 조사하는 것이다. 레이저에 의해 또는 전자 빔에 의해, 레지스트 (202)는, 예를 들면, 레이저의 양자나, 전자 빔의 전자에 노광된다. 도 2는 파상형 이미지 (106)이 레지스트 (202)의 레지스트 표면 (204)상에 생성될 수 있는 방법의 한 예를 나타낸 것이다. 이러한 레지스트 표면 (204)는 특정 파장 λ1 210을 갖는 2개의 레이저 빔 (206 및 208)에 의해 처리된다. 파상형 이미지 (106)의 구조는 레이저 (206 및 208)에 의한 레지스트 표면 (204)의 이러한 처리로부터 생성된다. 생성된 파상형 이미지 (106)의 형태는 레지스트 표면 (204)상의 제1 레이저 빔 (206)과 제2 레이저 빔 (208) 사이에 파장 λ (210) 및 각도 θ1 (212)에 따라 좌우된다. 생성된 파상형 이미지 (106)은 독특한 격자 주기 길이 (192)를 갖는 격자 주기 P1 (190)을 관리한다. 도 2의 예에서, 레지스트 파상형 이미지 (214)는 동일한 파장을 갖는 레이저 (206 및 208)의 단 한 쌍만이 레지스트 표면 (204)에 적용되는 경우 단 하나의 제1 파상 (312)를 나타낸다.
본 발명의 목적은 1개 초과의 파상을 갖는 3차원 패턴 (310)을 형성하는 것이기 때문에, 레지스트 (202)는 도 2에 제시된 것과 다른 방법으로 처리되어야 한다.
한 방법이 도 3에 제시되어 있고, 추가의 방법이 도 4a)에 제시되어 있다. 도 3에서, 2개 초과의 레이저 빔 (206 및 208)이 레지스트 표면 (204)에 적용된다. 이들은 레이저 빔 (302 및 304)이다. 이들 레이저 빔 (302 및 304)의 파장은 서로 변할 수 있고, 제1 레이저 빔 (206) 및/또는 제2 레이저 빔 (208)로부터 변할 수 있거나, 동일한 파장일 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 빔 (206, 208, 302, 304)의 파장은 300 내지 1600 ㎚의 범위에 놓인다. 제시된 예의 경우, 파장은 400 내지 500 ㎚의 범위에 놓인다. 규칙적으로 패턴화된 파상형 이미지 (106)을 생성하기 위하여, 레지스트 표면 (204)에 두 쌍의 레이저 빔을 적용하는 것이 유용하다. 한 예로서, 제1 레이저 빔 (206) 및 제2 레이저 빔 (208)은 레이저 쌍을 형성하며, 서로 간에 파장 λ1 (210) 및 각도 θ1 (212)를 유지할 수 있는 반면에, 제2 레이저 쌍으로서 제3 레이저 빔 (302) 및 제4 레이저 빔 (304)는 서로 간에 파장 λ2 (510) 및 각도 θ2 (300)을 유지한다. 파장 λ1 (210)은 파장 λ2 (510)과 상이하거나 그렇치 않을 수 있다. 레이저 빔 쌍 (206 및 208) 사이에 제1 각도 θ1 (212) 및 제2 레이저 빔 쌍 (302, 304)의 상이한 각도 θ1 (300)을 선택함으로써, 적어도 2개의 격자 주기 P1 (306) 및 P2 (308)을 포함하는 파상 이미지 (106)이 형성되고, 각각은 반복되는 3차원 패턴 (310)을 갖는다. 상기 패턴 (310)은 두 파상 (312) 및 (314)를 포함하며, 각각은 진폭 또는 파장 (318), (320)이나, 이 둘 모두가 상이하다. 바람직하게는, 레이저 빔 쌍 (206, 208) 및 (302, 304)를 차례로 적용시켜 레지스트 (202)가 용융되는 것을 방지한다. 단 레지스트에 대해 상이한 각도 θ하에, 동일한 파장을 갖는 제1 빔 쌍 (206, 208)을 또한 적용시킬 수 있다.
3차원 패턴 (310)을 형성하는 대안적 방법은 단 하나의 레이저 빔 쌍 (206 및 208) 또는 (302 및 304)를 사용하는 것이다. 레이저 빔 (206 및 208) 또는 (302 및 304)는 레지스트 표면 (204)에 대해 회전시킬 수 있다. 그것은 레이저 빔 (206 및 208) 또는 (302 및 304)나, 각도 γ (402)에 의해 그의 레지스트 표면 (204)를 갖는 레지스트 (202)를 회전 또는 틸팅시켜 실현할 수 있다. 레지스트 (202)는, 예를 들면, 틸팅 장치 (400)에 의해 틸팅시킬 수 있다.
레지스트 표면 (204)에 대해 원하는 각도로 레이저 빔 (206, 208, 302, 304)를 적용시키는 방법은 홀로그램 형성의 목적을 위해 선행 기술분야에 공지된 프로그램에 의해 계산할 수 있다.
레지스트 파상형 이미지 (214)를 갖는 레지스트 (202)의 레지스트 표면 (204)는 예를 들면 중합체 층 (102)의 형태로 매체 (102)의 표면 (104) 위에서 변환되도록 사용하여 도 4b)에 제시된 바와 같은 매체 파상형 이미지 (106)을 형성할 수 있다. 매체 (102)에 대한 파상 이미지 (214)의 이러한 변환은 변환 단계 또는 변환 공정 (250)이라 부른다. 변환 공정 (250)은 중합체 표면 (104)상에서 상기 기술한 바와 같은 방법에 의해 성취되는 바와 같이 레지스트 (202)의 레지스트 파상형 이미지 (214)를 엠보싱 또는 스탬핑하여 성취할 수 있다. 변환 공정을 개선하기 위하여, 중합체 표면 (104)는 변환 단계 (250) 전에 열처리할 수 있다. 그 후, 투명 기판 (110)은 도 4b)의 코팅 단계 (260)의 일부로서 예시된 적어도 파상형 이미지 (106) 위에 침착시킨다. 임의로, 추가 층 (114)는 코팅 단계 (260) 도중 전체 층상 구조물 (100) 위에 또는 층상 구조물의 단 한 면에 코팅시킬 수 있다. 원하는 결과를 성취하기 위하여, 즉 층상 구조물 (100)의 파상형 이미지 (106)에 의해 조사 빔 (120)의 특정 범위 파장을 반사시키기 위하여, 중합체 층 (102) 및 기판 (110)의 굴절률은 서로 상이해야 한다. 이러한 굴절률 차이는 바람직하게는 적어도 0.5, 바람직하게는 적어도 0.7 및 보다 더 바람직하게는 적어도 0.9여야 한다. 기술된 방법으로 도 1 및 도 5a-c)에 예시된 바와 같은 층상 구조물 (100)이 생성된다.
레지스트 파상형 이미지 (214)를 형성하기 위해 기술된 방법은 동일한 레지스트 표면 (204)에 대해 여러 회 적용시켜 3차원 패턴 (310)을 수득할 수 있다. 그래서 상이한 레이저 빔 (206, 208, 302, 304)를 적어도 1 내지 수 개의 단계로 적용시켜 상이한 격자 주기 길이 (192, 308, 502)를 갖는 상이한 격자 주기 (190, 306, 500)을 생성할 수 있다. 그래서, 제1 격자 주기 P1 (190), 제2 격자 주기 P2 (306) 및 임의로 제3 격자 주기 P3 (500)과 추가의 격자 주기를 단독으로 또는 조합하여 레지스트 표면 (204)에 적용시킬 수 있다. 1개 초과의 격자 주기 (190, 306, 500)을 레지스트 표면 (204)에 적용시킴으로써, 3차원 패턴 (310)의 형태로 생성된 레지스트 파상형 이미지 (214)가 성취된다. 그 다음에, 이러한 레지스트 이미지 (214)는 도 5b) 및 5c)에 제시된 바와 같이 생성된 격자 주기 Px (518) 및 생성된 Px의 주기 길이 (520)을 갖는 중합체 층 (102)의 중합체 표면 (104)로 변환시킨다. 도 5a-c)는 중합체 표면 (104)상에서 상이한 형태의 파상형 이미지 (106)을 갖는 층상 구조물 (100)을 각각 나타낸다. 도 5b)에서, 2개의 격자 주기 P1 (306) 및 격자 주기 P2 (308)을 도 5b)에 제시된 바와 같이 생성된 3차원 패턴 (310)에 적용시켰다. 이러한 3차원 패턴 (310)은 세 형태의 파상 (312, 314, 316)을 갖는 파상형 이미지 (106)을 나타낸다. 제1 파상 (312)는 제2 파상 (314)보다 더 큰 진폭을 갖는다. 제2 파상 (314)는 결국 제3 파상 (316)보다 더 큰 진폭을 갖는다. 제1 파상 (312)의 파장 λ1 (318)은 제2 파상 (314)의 파장 λ2 (320)과 상이하고, 또한 제3 파상 (316)의 파장 λ3 (322)와 상이하다. 도 5c)에는, 레지스트 표면 (204)에 적용된 3개의 상이한 격자 주기로부터 생성된, 생성된 격자 주기 Px를 갖는 3-주기 격자의 예가 제시되어 있다. 3개의 상이한 격자 주기 (190, 306, 500)은 레이저 빔 (206, 208, 302 및 304)에 대해 3개의 상이한 각도 θ 또는 파장 λ나, 이 둘 모두를 선택함으로써 적용시켰다. 이러한 생성된 격자 주기 Px에서, 제1 파상 (312), 제2 파상 (314) 및 제3 파상 (316)의 진폭은 서로 상이하다. 또한, 파장 λ1 (318), 파장 λ2 (320) 및 파장 λ3 (322)도 서로 상이하다. 얼마나 많이 상이한 격자 주기가 레지스트 표면 (204)에 적용되는 지에 따라, 생성된 매체 파상형 이미지 (106)은 조사 빔 (120)의 1개, 2개 또는 그 이상의 파장 영역을 반사할 수 있다. 도 5a)의 1주기 격자에 대해 생성된 전송 스펙트럼 (160)은 단지 1개의 반사 파장을 나타내는 반면에, 도 5b)의 2주기 격자의 전송 스펙트럼 (160)은 2개의 반사 파장을 나타낸다. 결론적으로, 도 5c)의 3주기 격자는 파상형 이미지 (106)의 격자 주기에 상응하는 스펙트럼 (160)에 3개의 반사 파장을 나타낸다.
도 6은 2주기 격자를 유지하는 표면 프로필의 원자력 스펙트로미터(AFS: Atomic Force Spectrometer)에 의해 생성된 주사전자 현미경(SEM) 이미지를 나타낸다. 이러한 2-주기 격자는 450 ㎚ 및 488 ㎚ 격자의 조합으로부터 생성된다. 생성된 격자 주기 Px (518)은 도 6에 화살표 (600)으로 예시된 바와 같이 반으로 약 6.4 ㎛의 주기 길이 Px (520)을 갖는다. 표면 (104)에 2개의 조합된 파상 (312, 314)가 보인다. 이러한 2주기 격자의 예를 위해, 1 ㎜ 두께 및 5 inch 직경의 유리 웨이퍼는 쉬플리 포토 레지스트(Shipley photo 레지스트) S 1805로 코팅하였다. 포토레지스트의 노광을 위해 사용되는 청색 광원은 파장이 442 ㎚인 HeCd 레이저였다. 레이저 노광은 2개의 상이한 각도, 각도 θ1 (212) 및 각도 θ2 (300)에서 2개의 연속적인 노광으로 4개의 레이저 빔 (206, 208, 302, 304)에 의해 도 3에 제시된 형태에 따라 작동시켰다. 노광 각도, 각도 θ1 (212) 및 각도 θ2 (300)은 450 ㎚의 격자 주기 P1 (190) 및 488 ㎚의 제2 격자 주기 P2 (306)이 생성되도록 조절하였다. 레이저 노광된 포토 레지스트의 현상 후, 468 ㎚의 표면 프로필 및 진폭 조절 표면 격자 Px (518) 및 11.5 ㎛의 격자 주기 길이 (520)가 레지스트 파상형 이미지 (214)의 형태로 생성된다.
추가의 단계에서, 포토 레지스트 (202)의 표면 프로필 (204)는 투명한 자외선 가교결합 수지 (102, 104)로 레플리케이트(replicate)하였다. 그 목적을 위해, Ormocor Ormocomp(micro 레지스트 technology GmbH)이 사용되었다. Ormocomp 레플리카를 1 ㎜ 유리상에 제조하였다. 그 후, Balzers BAE 250 기기를 사용하여 고굴절률 재료 ZnS를 수지 표면 (102) 위에 코팅시켰다. 도 6의 제시된 예에서, 110 ㎚ 두께의 ZnS 필름을 패턴화된 Ormocomp 표면에 코팅시켰다. 마지막으로, 구조물 (100)은 씰링 접착제(sealing glue)로서 다른 조각의 유리 및 Ormocomp으로 캅셀화시켰다.
도 6에 제시된 격자의 상면도가 도 7에 제시되어 있다. 어두운 영역은 파상 (312, 314)의 골인 반면에, 더 밝은 영역은 파상 (312, 314)의 피크이다. 두 격자 주기의 길이 (190 및 306)은 192 P1 = 450 ㎚, 308 P2 = 488 ㎚.
도 8에는, 2주기 격자를 유지하는 구조물 (100)의 전송 스펙트럼이 제시되어 있다. 특성 평가는 포토스펙트로미터 Lamda 9(Perkin Elmer)에 의해 수행하였다. 2주기 격자는 백색광 방사선원으로부터의 방사선으로 조사하는 경우에 이중 피크 전송 스펙트럼을 형성한다. 측정은 편광기를 사용하여 성취하였고, 편광화는 격자 주기 라인의 확장에 평행하게 조절하였다. 800 ㎚ 및 950 ㎚ 주위에 2개의 두드러진 피크를 볼 수 있다. 표면 구조는 도 6에 대해 기술된 방식으로 처리한 기판으로서 450 ㎚ 및 550 ㎚ 격자 주기와 110 ㎚ ZnS 코팅의 조합을 기준으로 한다.
도 9는 453 ㎚에서 초기 격자 주기 P1, 474 ㎚에서 P2 및 490 ㎚에서 P3을 갖는 3주기 격자의 상면도이다. 이러한 격자를 위해, 도 6의 구조물의 경우와 동일한 재료 및 동일한 조건이 적용되었다.
중합체 층 (102, 114) 위에 도 10 및 11에 제시된 바와 같은 이원 격자 패턴 (720)으로서 격자 구조물의 정보를 안전하게 할 수 있다. 도 10에서, 이러한 이원 격자 패턴 (720)은 1개의 제1 치수 (700)로 유일한 격자 정보를 갖는 반면에, 도 11의 격자의 격자 패턴 (720)은 2개의 치수 (700 및 710), 즉 제1 치수 (700) 및 제2 치수 (710)으로 격자 정보를 갖는다. 도 10a)에서, 1주기 격자 (730)의 격자 정보를 구하는 반면에, 도 10b)에서 이원 격자 패턴 (720)은 2주기 격자 (740)의 정보를 구한다. 또한 도 10c)는 3주기 격자의 격자 패턴 정보를 보여준다.
각각 도 11a)는 2차원 1주기 격자 (760)의 격자 패턴 (720) 정보를 나타내는 반면에, 도 11b)는 2차원 주기 격자 (770)의 격자 패턴 (720) 정보를 나타낸다.
도 12 내지 14에, 선행 기술분야로부터 공지된 상이한 파상 형태가 그들의 푸리에 변환된 원자력 스펙트럼 1206에 따라 제시되어 있다. 예를 들면, 도 12a)는 사인파 (1200)의 도식이 제시되어 있고, 여기서 파상 (1200)의 세기는 y-축 (1202)으로 제시되며, 파장은 x-축 (1204)로 제시된다. 도 12b)에, 도 12a)의 파상 (1200)의 푸리에 변환된 원자력 스펙트럼(FT-AFS) (1206)이 제시되어 있다. 이러한 FT-AFS (1206)의 가장 특징적인 정보는 도 12a)의 파상 (1200)의 파상 스펙트럼에서 단 1개 주파수의 존재로 인하여, 2 ㎛-1에서 FT-AFS (1206)에서 단지 1개의 기준선(Basic Line; BL) (1208)이 존재한다는 것이다. 이러한 BL (1208)은 수학식 f = 1/λ(여기서, f는 x-축 (1204)상에 제시된 주파수이고, λ는 도 12a)의 x-축 (1204)상에 제시된 파상 (1200)의 파장이다)에 의해 계산할 수 있다.
유사한 변환 방법이 도 13a)의 직사각형 파상 (1300)에 대해 이루어졌고, 여기서 파상 (1300)의 세기는 또한 y-축 (1202)으로 제시되며, 파장은 x-축 (1204)로 제시된다. 이러한 파상 (1300)의 FT-AFS (1206)이 도 13b)에 제시되어 있다. 이때 BL (1308) 이외에, 몇몇 배진동 (1310, 1312 및 1314)이 상이한 진폭으로 발견될 수 있다. BL (1308)에 대한 진폭 (1216)은 화살표로 제시되어 있는 반면에, 배진동의 진폭은 도 13a)에는 두드러지지 않는다. 이들 배진동 (1310, 1312 및 1314 등)은 BL (1308)의 다중 주파수에서 나타난다. 그들은 전술한 값에 BL 값을 2배 더함으로써 BL (1308)로부터의 거리 δ (1316)으로 발생된다. 이 경우에, BL (1308)의 주파수 값은 1f = 2 ㎛- 1여서, BL (1308)에 대한 2f의 거리 δ (1316)으로, 3f = 6 ㎛-1에서 제1 배진동 (1310)이 발생된다. 다음 배진동 (1312)는 제1 배진동 (1310)에 대한 2f의 거리 δ'으로, 5f = 10 ㎛-1에서 발생되며, 다음 배진동 (1314)는 제2 배진동 (1312)에 대한 2f의 거리 δ"로, 7f = 14 ㎛-1 등에서 발생된다. 이들 거리 δ (1316), δ' (1317) 및 δ" (1318)은 배진동 (1310, 1312 및 1314)의 피크 최대 사이에서 측정한다. 그래서 배진동 (1310, 1312 및 1314)는 BL (1308) 자체의 주파수 값보다 각각 더 큰 거리 δ (1316), δ' (1317) 및 δ" (1318)을 갖는다. 그의 배진동 (1310, 1312, 1314 등)을 갖는 직사각형 파상 (1300)의 FT-AFS (1206)의 추가 특성 평가는 배진동 (1310, 1312, 1314)의 진폭이 BL (1308)의 BL 값으로부터 출발하여 기하급수적으로 감소된다는 사실이다.
도 14a)에, 제2 직사각형 파상 (1402)와 제2 사인파상 (1400)의 중첩이 제시되어 있다. 두 파상 (1400 및 1402)는 x-축 (1204)로부터 판독될 수 있는 상이한 파장을 갖는다. 파상 (1400)은 60 ㎚의 파장을 가지며, 파상 (1402)는 500 ㎚의 파장을 갖는다. 각각의 파상 (1400 및 1402)의 패턴은 여전히 더 짧은 파장을 갖는 파상 (1400)이 파상 (1402)의 형태에 중첩되는 것으로 보여진다. 파상 (1400 및 1402)의 파장 및 진폭은 이러한 중첩 방법에 의해 변하지 않으므로, 조합 효과는 없다.
이는 또한 도 14b)에 제시된 중첩 파상 (1400 및 1402)의 FT-AF스펙트럼 (1206)으로 알 수 있다. 여기서, 그의 배진동 (1310, 1312 및 1314)와 함께 f = 2 ㎛-1의 주파수를 갖는 직사각형 파상 (1402)의 BL (1308)은 여전히 500 ㎚의 동일한 파장을 갖는 도 13a) 및 13b)에 파상 (1300)의 FT-AFS (1206)과 동일한 주파수 값을 갖는다. 이러한 BL (1308) 이외에, 추가의 BL (1408)은 f = 16.7 ㎛-1의 주파수에서 발견할 수 있다. 두 기준선 BL (1308) 및 BL (1408)의 거리는 제1 기준선 거리 Δ1 (1320)이라 불리운다. 이 BL 거리 Δ1 (1320)은 거리 δ (1316), δ' (1317) 및 δ" (1318) 등의 배수이다.
서로 조합된 3개의 파상을 갖는 3주기 격자의 3차원 패턴 (310)이 도 15a)에 제시되어 있다. 도 14a)에 제시된 바와 같은 몇 개의 파상의 중첩과 대조적으로, 도 15a)에 제시된 본 발명에 따르는 세 파상의 조합은 도 15b)에 제시된 FT-AF스펙트럼 (1206)에서 더 작은 제1 BL 거리 Δ1 (1320) 및 제2 BL 거리 Δ2 (1330)을 유발한다. 도 15a)의 3차원 패턴 (310)의 AFS (1206)에서, 3개의 기준선, 제1 BL (1208), 제2 BL (1508) 및 제3 BL (1510)을 볼 수 있다. 이들 기준선은 도 15a)의 3차원 패턴 (310)의 3개의 조합된 파상 (312, 314 및 316)에 속한다. 도 15a)에 간섭 파상 (1500)으로서 제시된 3개의 조합된 파상 (312, 314 및 316)의 기준선 거리 거리 Δ1 (1320) 및 Δ2 (1330)은 단지 각각의 BL (1208 및 1508) 자체의 BL 값의 분획이다. 이는 중첩과 대조적으로 두 파상의 실제 간섭의 결과이다.
부호의 설명
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Claims (17)

  1. 표면(112)을 갖는 투명 기판(110)을 포함하는 구조물(10, 100)로서, 여기서 상기 표면(112)은 2개 이상의 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴(310)을 가지며, 상기 표면파(312, 314, 316) 중 2개 이상은 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파(312, 314, 316) 중 상기 2개 이상의 파상의 파장을 기준으로 최대 50%까지 파장이 상이하며, 상기 2개 이상의 파상(312, 314, 316)의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택되는 구조물(10, 100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 매체(102)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고; 여기서 상기 기판(110)과 상기 매체(102) 사이에 상기 표면(112)이 제공되며; 상기 기판(110) 및 상기 매체(102)는 특히 0.3 이상까지 굴절률이 상이하고/하거나, 상기 기판(110)은 바람직하게는 상기 매체(102)보다 더 큰 굴절률을 갖는 것인 구조물, 또는 이 구조물을 포함하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판(110)이 태양 복사, 특히 300 내지 2500 ㎚ 범위에 대해 투명하고, 3차원 패턴(310)은 동일한 방향으로 배향된 2개 이상의 표면파의 중첩에 상응하는 것인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 패턴(310)이 500 ㎚ 이하의 범위에서 최대 진폭을 나타내는 것인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매체(102)가 특히 중합체 층(102)을 포함하는 고체 매체인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매체(102)가 특히 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리-옥시-메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리비닐부티랄 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 열가소성 중합체를 포함하는 것인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(110)이 금속 옥사이드 또는 금속 설파이드나 이 둘 모두를 포함하거나; 또는 상기 기판(110)이 실질적으로 TiO2, ZnS, Ta2O5, ZrO2, SnN, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, HfO2, AlN 또는 이들 중 둘 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로 이루어진 것인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이 도파관(waveguide)으로서 작용하며, 상기 기판(112)에 대해 수직인 방향으로 20 내지 1500 ㎚ 범위의 두께를 갖는 것인 구조물 또는 장치.
  9. i. 수지 표면(204)을 포함하는 수지(202)를 제공하는 단계,
    ii. 상기 수지 표면(204)에 수지 파상형 이미지(waved image)(214)를 형성하는 단계,
    iii. 매체(102)의 표면(104) 상에서 상기 수지 파상형 이미지(214)를 변환시켜 2개 이상의 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성되는 3차원 패턴(310)을 수득하는 단계,
    iv. 상기 3차원 패턴(310)의 적어도 일부에 투명 기판(110)을 침착시키는 단계
    를 포함하는 층상 구조물(100)의 제조 방법으로서, 여기서 상기 수지 표면(204) 위에 제1 방향으로부터의 제1 복사 빔(206) 및 상기 제1 방향과 상이한 추가 방향으로부터의 추가 복사 빔(208, 302, 304)을 적용시키며, 이때 상기 제1 복사 빔(206) 및 상기 추가 복사 빔(208, 302, 304)이 각도 θ(212, 300)를 형성하고, 특히 상기 각도 θ(212, 300)의 변화에 의해 상기 수지 표면(204)에 대해 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 하나 이상의 방향을 변화시킴으로써 상기 수지 파상형 이미지(214)가 형성되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 하나 이상의 방향의 상기 변화가 상기 제1 빔(206) 또는 상기 추가 빔(208, 302, 304)의 방향에 대해 상기 수지 표면(204)을 틸팅(tilting)시킴으로써 일어나고/나거나; 상기 제1 및 추가 복사 빔(206, 208, 302, 304)이 레이저 빔 및 e-빔 또는 이들 중 둘로 이루어진 군으로부터 선택되고, 예를 들면 상기 제1 복사 빔(206, 210) 및 상기 추가 복사 빔(208, 302, 304)이 각각 200 내지 600 ㎚ 범위의 파장을 갖는 것인 방법.
  11. i. 표면(104)을 포함하는 매체(102)를 제공하는 단계,
    ii. 2개 이상의 표면파(312, 314, 316)의 조합으로부터 생성된 3차원 패턴(310)으로 상기 표면(104)의 적어도 일부를 변환시키는 단계,
    iii. 상기 3차원 패턴(310)의 적어도 일부 위에 투명 기판(110)을 침착시키는 단계
    를 포함하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 구조물(100)의 제조 방법으로서, 여기서 상기 표면파(312, 314, 316) 중 2개 이상은 더 큰 파장을 갖는 상기 표면파(312, 314, 316) 중 상기 2개 이상의 파상의 파장을 기준으로 최대 50%까지 파장이 상이하며, 상기 2개 이상의 표면파(312, 314, 316)의 각 파장은 200 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택되는 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변형 단계가 엠보싱(emgossing), 스탬핑(stamping) 및 프린팅(printing)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따르는 방법으로부터 수득할 수 있는 구조물(100).
  14. 제1항 내지 제8항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조물 또는 장치가 1개 이상의 추가 층(114), 특히 중합체 층 및/또는 유리 층을 포함하는 것인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  15. 제1항 내지 제8항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조물이 특히 윈드실드(windshield)와 같은 유리 스크린, 빌딩 창문, 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 시트 또는 스크린의 부품인 구조물(10, 100) 또는 장치.
  16. 열 관리를 위한, 특히 플라스틱 필름, 플라스틱 시트 또는 윈드실드와 같은 유리 스크린, 빌딩 창문 또는 태양 전지를 통한 태양 복사의 전송을 감소시키기 위한, 제1항 내지 제8항, 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 구조물(10, 100) 또는 장치의 용도.
  17. 특히 차량 또는 빌딩용 창문 및 건축용 유리 부재로부터 중합체 필름, 플라스틱 스크린, 플라스틱 시트, 플라스틱 플레이트, 유리 스크린과 같은 투명 부재를 통한 태양광, 또는 특히 700 내지 1200 ㎚ 범위의 IR 복사의 전송을 감소시키는 방법으로서, 제1항 내지 제8항, 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 구조물(10, 100) 또는 장치를 상기 투명한 부재로 통합시키는 것을 포함하는 방법.
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