纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制造方法

纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制造方法
【专利摘要】本发明的实施例提出了为了提高光电元件系统及光学系统的光特性，能够控制光学霾的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学霾及其制造方法。
【专利说明】
纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制造方法
技术领域
[0001 ]本发明的实施例涉及能够控制对通过形态的控制被入射光的光路径的纳米丝束阵列、光学薄膜及其制造方法。
【背景技术】
[0002]控制显示器或者窗口的光学及热特性，作为提高有效的照明体系或者光电子元件性能的光管理战略(light management strategies)是主要的因素。
[0003]为了有效地收集入射到光电元件内外部的光，且用于传播及散射的装置体现，研究了多样的形态和种类的纳米结构体。基于电介质的纳米结构在金属基础的纳米结构中，不仅不发生由寄生吸收(parasitic absorpt1n)的损失，而且，几乎不受元件的电特性，所以，作为有效且设计简单的光流控制技术受到瞩目。
[0004]—方面，2014年美国马里兰大学的研究机关，通过构成木材成分的微米大小长度的纤维素纤维的化学处理，制作组装密度(packing density)高的透明纸，且制作了由此为基础的高性能光扩散薄膜。
[0005]基于这些透明纸的光扩散薄膜，具有数十微米以上的比较厚的厚度，且将木材的纤维素纤维为基础的纸作为主要成分，在高温环境中具有容易变形的问题。
[0006]还有，基于前述的透明纸的光扩散薄膜的制造方法，制作散射光的霾(haze)物质时，具有因化学物处理或者由机器按压的方式等的使用，需要高危险化学物或者高价装备的问题。
[0007]对此，用于提高光电子系统或者光学系统性能，对控制光特性技术的需求逐渐增加。
[0008]先行技术文献
[0009]专利文献
[0010]韩国公开专利公告第10-2002-0054484号(2002.07.08,多层全息图扩散器及其制造方法)

【发明内容】

[0011]技术课题
[0012]本发明的实施例提供为了提高光电元件系统及光学系统特性的全透过率、漫透射率及光学霾中至少一个以上的，可控制光特性的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0013]还有，本发明的实施例提供通过纳米丝集合体的形态控制，提高通过控制光路径的光电元件系统及光学系统光特性的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0014]还有，本发明的实施例提供具有薄厚度的同时，具有优秀光特性的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0015]还有，本发明的实施例提供在高温环境中也不变形的耐热性纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0016]还有，本发明的实施例提供显示99%以上的高霾数值，且显示85%以上的高透过率特性的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0017]还有，本发明的实施例提供经济且使用安全的物质，且由容易的湿式蚀刻方式制造的减少生产费用的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0018]技术方案
[0019]根据本发明的实施例，纳米丝束阵列包括纳米丝集合体，由至少一个以上的纳米丝被构成，且具有从一端越到另一端宽度逐渐减少的形态(morphology)，且多个所述纳米丝集合体以规定间隔被隔离布置，且通过所述形态的控制，控制入射光的光路径。
[0020]所述形态的形成可经存在于所述至少一个以上的纳米丝中的任何一个与其他纳米丝之间的毛细力(capillary force)，被自聚集(self-aggregated)。
[0021]还有，所述形态的形成可经由所述至少一个以上的纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力(capillary force)，在所述至少一个以上的纳米丝中的一部分相互对立地弯曲(bending toward)并聚集。
[0022]所述纳米丝束阵列基于包括多个纳米孔洞(nano-void)及多个纳米脊(nano-ridge) 的形态 ，可具有通过所述光的散射(scattering) 控制的光霾 (optical haze)。
[0023]所述形态可包括纳米丝集合体单位的漏斗结构(funnel structure)，由所述至少一个以上的纳米丝构成，且所述漏斗结构由微量(microscale)大小被形成，且由微量(microscale)的隔离距离被布置多个。
[0024]所述形态的形成可由所述至少一个以上的纳米丝中的任何一个由任意方向倒下，且由其他纳米丝被支持。
[0025]所述形态的形成可由所述至少一个以上的纳米丝中的至少一个以弯曲的状态与其他纳米丝结合。
[0026]所述形态的形成可由所述纳米丝集合体的上端由所述至少一个以上的纳米丝被凝结，且所述纳米丝集合体的下端由所述至少一个以上的纳米丝相互被隔离布置。
[0027]所述纳米丝集合体粘贴在粘基板的上部，且可分离。
[0028]所述纳米丝束阵列控制所述光的透过及扩散，可增进光电元件、光热元件及光学元件中至少一个以上的效率。
[0029]所述至少一个以上的纳米丝的材质可以是氧化铝(Al2O3)及二氧化钛(T12)中的任何一个。
[°03°] 所述至少一个以上的纳米丝各自的长度可为10nm至50μηι，且根据一个实施例，所述至少一个以上的纳米丝各自的粗度可为1nm至70nm，并且根据一个实施例，所述至少一个以上的纳米丝各自的端间间隔可小于500nm。
[0031 ] 所述纳米丝集合体的高度可为10nm至30μηι。
[0032]根据本发明的另一个实施例，纳米丝束阵列包括底板;及纳米丝集合体，多个以规定间隔隔离地布置在所述地板上，且所述纳米丝集合体包括至少一个以上的纳米丝，并且具有从与所述底板接触的一端越到另一端宽度逐渐减少的形态。
[0033]所述形态的形成可经存在于所述至少一个以上的纳米丝中的任何一个与其他纳米丝之间的毛细力(capillary force)，被自聚集(self-aggregated)。
[0034]所述形态的形成可由所述纳米丝集合体的上端由所述至少一个以上的纳米丝被凝结，且所述纳米丝集合体的下端由所述至少一个以上的纳米丝相互被隔离布置。
[0035]所述纳米丝束阵列控制所述光的透过及扩散，可增进光电元件、光热元件及光学元件中至少一个以上的光效率。
[0036]根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法，其步骤包括在底板实施电解抛光;对所述底板进行两级氧化，在所述底板上形成至少一个以上的纳米丝;扩张对所述至少一个以上纳米丝的孔隙(pore);通过对所述孔隙被扩张的至少一个以上的纳米丝自聚集(self-aggregated)的控制，形成具有从一端越到另一端宽度逐渐减少形态(morphology)的纳米丝集合体。
[0037]形成具有所述形态的纳米丝集合体的所述步骤可以是，经由所述至少一个以上的纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力(capillary force)，所述至少一个以上的纳米丝中的一部分相互对立地弯曲(bending toward)并聚集被形成的形成所述形态的步骤。
[0038]技术效果
[0039]根据本发明的实施例，可控制为了提高光电元件系统及光学系统特性的全透过率、漫透射率及光学霾中至少一个以上的光特性。
[0040]还有，根据本发明的实施例，可提高光电元件系统及光学系统的光特性。
[0041]还有，根据本发明的实施例，可提供具有薄的厚度的同时具有优秀光特性的纳米丝束阵列、宽带的超高性能光学薄膜及其制作方法。
[0042]还有，根据本发明的实施例，可提供在高温环境中也不变形的具有耐热性，且包括纳米丝束阵列的宽带的超高性能光学薄膜。
[0043]还有，本发明的实施例可提供显示99%以上的高霾数值，且显示85%以上的高透过率特性的包括纳米丝束阵列的宽带的超高性能光学薄膜。
[0044]还有，根据本发明的实施例，可提供经济且使用安全的物质，且由容易的湿式蚀刻方式制造的减少生产费用，包括纳米丝束阵列的宽带的超高性能光学薄膜。
【附图说明】
[0045]图1a及图1b是示出根据本发明实施例的纳米丝束阵列。
[0046]图2是示出根据本发明实施例的纳米丝束阵列的形态形成的过程。
[0047]图3a及图3b是示出根据本发明的实施例，对有序的至少一个以上的纳米丝及纳米丝集合体的扫描式电子显微镜(SEM)图像。
[0048]图4是示出根据本发明实施例的纳米丝束阵列的制造方法的流程。
[0049]图5a至图5f是示出根据本发明的实施例，对氧化铝材质的纳米丝束阵列制造方法的模式图。
[0050]图6a至图6d是示出根据本发明的实施例，为了说明用于纳米丝束阵列制造方法的孔隙扩张，且随着蚀刻时间形成的至少一个以上的纳米丝自聚集被形成的形态，示出的扫描式电子显微镜(SEM)图像。
[0051]图7a至图7b是示出根据本发明的实施例，通过纳米丝束阵列被适用的霾薄膜拍摄打印图像的模式图和被拍摄的图像。 图7c是示出打印图像和霾薄膜间的距离间隔(d)为1.5cm的情况的图像。
图7d是示出打印图像和霾薄膜间的距离间隔(d)为3.0cm的情况的图像。
[0052]图8a及图Sb是示出根据本发明的实施例，为了评价适用纳米丝束阵列的霾薄膜的透过散射特性，由实验的模式图及实验被拍摄的图像。
[0053]图9a至图9c示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜各自的全透过率(total transmittance)、漫透射率(diffuse transmittance)及霾(haze)特性的图像。
[0054]图10是示出根据本发明的实施例，为了评价适用纳米丝束阵列的霾薄膜粘贴的有机太阳能电池的光学特性的模式图。
[0055]图1la至图1lc是示出在图10的模式图中，对有机太阳能电池光学特性的图表。
[0056]图12是示出根据本发明的实施例，为了有序调查适用纳米丝束阵列的霾薄膜粘贴的有机太阳能电池玻璃基板中，扩散透过的光传播方向(propagat1n direct1n)的实验装备的模式图。
[0057]图13a至图13c是示出在图12中，对有机太阳能电池玻璃基板的扩散及透过的光特性的图表。
[0058]图14a及图14b是示出根据本发明的实施例，通过纳米丝束阵列适用在光电元件的示例。
【具体实施方式】
[0059]以下，参考附图对实施例进行详细地说明。但是，经这些实施例，不限制或限定权利要求。在各图示出的相同参考符号显示相同的部件。
[0060]在本发明使用的用语是为了说明实施例的，而不是要限制本发明。在本说明书中，没有特别地提及时，单数形式的语句也包括复数形式。在说明书中使用的“包括(comprises)”和/或“含有(0011^11^8；[1^)”不排除所提到的构成要素、步骤、动作和/或元件是一个以上的其他构成要素、步骤、动作和/或元件的存在或者附件。
[0061]在本说明使用的“实施例”、“例”、“侧面”、“示例”等，不可解释成比说明的任意方面(aspect)或者设计不同的方面或者设计良好，或者有益点。
[0062]还有，用语‘或者’比起‘异或(exclusive or) ’意味着‘逻辑或(inclusive or)’。即，没有被提及或者从文字上没有明确之外，‘X利用a或者b’的表现的意思是逻辑的自然包容排列(natural inclusive permutat1ns)中的任何一个。
[0063]还有，在本说明书及权利要求中使用的单数表现(“一”或者“一个”)没有被提及或者从文字上没有明确关于单数形态之外，一般被解释成“一个以上”的意思。
[0064]在以下说明中被使用的用语在有关技术领域被选择为一般的且普遍的，但是，随着技术的发达和/或变化、惯例、技术者的偏好等，可有其他用语。因此，以下说明中被使用的用语不能理解为限定技术思想，且理解为用语说明实施例的示例用语。
[0065]还有，在特定的情况下也有
【申请人】任意选用的用语，在这种情况下，在相应说明部分中记载其详细的意思。因此，在以下说明被使用的用语被理解为不是单纯的用语名称，而是以其用语具有的意思和经说明书整体的内容为基础。
[0066]—方面，第一、第二等用语可用于说明多样地构成要素，但是，构成要素不被用语所限定。用语只由将一个构成要素从其他构成要素区别的目的被使用。
[0067]还有，当膜、层、领域、构成要素等部分在其他部分的“上面”或“之上”时，不仅就在其他部分上面的情况，也包括其中间由其他膜、层、领域、构成要素等的情况。
[0068]没有其他定义，在本说明书使用的所有用语(包括技术及科学用语)可由在本发明所属技术领域的技术人员共同理解的意思被使用。并且，一般使用的定义在字典里的用语，没有明确的特别定义之外，不可理想的或者过度的解释。
[0069]—方面，在说明本发明过程中，当对有关公告技能或者构成的具体说明判断为不必要的模糊本发明的概要时，省略其详细的说明。并且，在本说明书使用的用语(terminology)是用于表现本发明实施例而被使用的用语，这随着用户、运营者的意图或者本发明所属领域的惯例等，可有所不同。因此，对本用语的定义以本说明书的整个内容为基础被下定义。
[0070]图1a及图1b是示出根据本发明实施例的纳米丝束阵列。
[0071 ]参考图1a及图1b，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列100包括纳米丝集合体110。
[0072]纳米丝结合体110由至少一个以上的纳米丝111构成，且包括从一端越到另一端宽度逐渐减少的形态(morphology)。
[0073]所述形态的形成可经存在于至少一个以上的纳米丝111中的任何一个与其他纳米丝之间的毛细力(capillary force)，被自聚集(self-aggregated)。
[0074]例如，所述形态的形成可经由至少一个以上的纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力，至少一个以上的纳米丝中的一部分相互对立的弯曲(bending toward)并聚集。
[0075]其中，所述至少一个以上的纳米丝可具有有序的(well-aligned)布置结构。
[0076]根据实施例，所述形态的形成可由至少一个以上的纳米丝111中的任何一个由任意方向倒下，且由其他纳米丝被支持结合。
[0077]还有，所述形态的形成可由至少一个以上的纳米丝111中的至少一个以弯曲的状态与其他纳米丝结合。
[0078]例如，所述形态的形成可由包括在纳米丝集合体110的至少一个以上的纳米丝中，至少一个111具有柔韧性，以弯曲的状态与其他纳米丝结合。
[0079]更具体地，至少一个以上的纳米丝111中，至少任何一个是由具有柔韧性材料构成，且所述至少任何一个纳米丝，可形成因柔韧性以弯曲的状态依靠在其他纳米丝的形态。
[0080]还有，所述形态的形成可由纳米丝集合体110的上端凝结至少一个以上的纳米丝111，且纳米丝集合体的下端相互隔离布置至少一个以上的纳米丝111。
[0081 ] 根据实施例，纳米丝束阵列100基于包括多个纳米孔洞(nano-void)及多个纳米脊(nano-ridge)的形态，可具有通过光的散射(scattering)控制的光霾(optical haze)。
[0082]其中，光学霾作为穿过纳米丝束阵列的光的全透过率中，漫透射率所占的比率，是为了开发有效的光学及光电元件所要考虑的最重要的设计因素中的一个。上述的多个纳米孔洞及多个纳米脊，参考后述的图8a至图Sd再次进行说明。
[0083]还有，所述形态包括由所述至少一个以上的纳米丝构成的纳米丝集合体单位的漏斗结构(funnel structure)，且漏斗结构由微量(microscale)大小被形成，可包括由微量(microscale)的隔离距离被布置多个的结构。
[0084]还有，纳米丝束阵列100控制光的透过及扩散，可增进光电元件、光热元件及光学元件中只要一个以上的效率。
[0085]例如，纳米丝束阵列100可以是控制光的透过及扩散，增进光电元件光效率的霾薄膜(haze film)。
[0086]所述霾薄膜作为具有上述光学霾特性的薄膜，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列可以是霾薄膜，且将所述霾薄膜粘贴在光电元件使用，由此，控制穿过霾薄膜的光的透过率及漫透射率，可增进光电元件的光效率。
[0087]还有，纳米丝集合体110粘贴在粘基板(未示出)，且可分离。
[0088]例如，为了利用如粘胶的粘性基板，形成纳米丝集合体110，可从使用过的底板120分离纳米丝集合体110。
[0089]还有，分离的纳米丝集合体110粘贴在光电元件，也可用于霾薄膜。
[0090]为此，根据本发明的其他实施例，纳米丝束阵列100还可包括支持纳米丝集合体110的底板120。
[0091]根据实施例，底板120可以是铝材质，且至少一个以上的纳米丝111可以是铝材质，但是，底板120及纳米丝111不限定于上述的材质，且根据制造方法，可由多样的材质被形成。
[0092]还有，至少一个以上的纳米丝111可以是电介质物质，例如，可以是二氧化钛(T12),且不限于此，根据适用的程序，对光的透过及扩散可行的物质，则可使用。
[0093]还有，纳米丝集合体110的高度可以是10nm至30μπι，且纳米丝集合体110的脊间间隔可以是Iym至70μηι。
[0094]至少一个以上的纳米丝111可以是氧化铝材质，且一个以上的纳米丝111的各自长度可以是10nm至50μηιο
[°°95] 还有，至少一个以上的纳米丝111的各自粗度可以是1nm至70nm，且至少一个以上的纳米丝111的各自一端之间的间隔可以是500nm。
[0096]还有，根据实施例，至少一个以上的纳米丝111由长度方向可以是具有三角形断面的三角柱形象，但是，根据其制造方法可具有多样的形象。以下，参考图2，对纳米丝束阵列的形态形成过程进行详细的说明。
[0097]图2是示出根据本发明实施例的纳米丝束阵列的形态形成的过程。
[0098]参考图2，根据本发明的实施例，纳米丝集合体包括从一端越到另一端，宽度逐渐减少的形态。
[0099]根据本发明的实施例，纳米丝集合体通过对底板的二次的两级氧化，形成有序的至少一个以上的纳米丝(参考图2a)之后，扩张对有序的至少一个以上纳米丝的孔隙(pore)(参考图2b)，且通过对孔隙被扩张的有序的至少一个以上纳米丝的自聚集(self-aggregated) 控制 ，可形成从一端越到另一端 ，宽度逐渐减少的形态。
[0100]经图2示出，虽然示出了纳米丝集合体通过对底板的二次的两级氧化，形成有序的的至少一个以上的纳米丝，但是，至少一个以上的纳米丝可具有未被有序的(well-a I i gned)不规则的布置结构。
[0101]如图2c所示，所述形态的形成可通过存在于至少一个以上的纳米丝中的任何一个和其他纳米丝之间的毛细力的自聚集。
[0102]例如，由垂直形成的至少一个以上的纳米丝之间存在液体时，经液体分子的聚集力(cohesive force)和液体及毛细壁之间的粘附力(adhesive force)相互作用发生的毛细力，可发生自聚集现象。
[0103]更详细地，经本发明的实施例，形态的形成可由有序的至少一个以上的纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力作用，在至少一个以上的纳米丝中的一部分可相互对立地弯曲并聚集。
[0104]图3a及图3b是示出根据本发明的实施例，对有序的至少一个以上的纳米丝及纳米丝集合体的扫描式电子显微镜(SEM)图像。
[0105]参考图3a，如图2所述，根据本发明的实施例，可确认示出形态形成之前的有序的至少一个以上的纳米丝，且参考图3b，可确认经存在于有序的至少一个以上的纳米丝中任何一个和其他纳米丝之间的毛细力，被自聚集形成的形态。
[0106]图4是示出根据本发明实施例的纳米丝束阵列的制造方法的流程。
[0107]参考图4，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法是在步骤S410中，在底板实施电解抛光。
[0108]在步骤S420中，对底板执行第一两级氧化。
[0109]之后，在步骤S430中，对第一两级氧化的底板实施湿式蚀刻。
[0110]在步骤S440中，对湿式蚀刻的底板进行第二两级氧化，形成有序的至少一个以上的纳米丝。
[0111]在所述步骤S420至所述步骤S440中，经过两次的两级氧化，可形成有序的的至少一个以上的纳米丝，但是，根据实施例，经过一次的两级氧化，可形成未被有序的(well-aligned)的至少一个以上的纳米丝。
[0112]之后，在步骤S450中，对有序的至少一个以上纳米丝的孔隙进行扩张。
[0113]在步骤S460中，通过对孔隙被扩张的有序的至少一个以上的纳米丝自聚集控制，可形成具有从一端越到另一端，宽度逐渐减少形态的纳米丝集合体。
[0114]根据实施例，所述步骤S460可以是经由所述孔隙被扩张的有序的至少一个以上纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力，至少一个以上的纳米丝中的一部分相互对立地弯曲并聚集，形成的所述形态的步骤。
[0115]以下，参考图5a至图5f，更详细地说明根据本发明实施例的纳米丝束阵列的制造方法。
[0116]图5a至图5f是示出根据本发明的实施例，对氧化铝材质的纳米丝束阵列制造方法的模式图。
[0117]在以下被说明的，在图5a至图5f示出的纳米丝束阵列的制造方法中，由底板及至少一个以上的纳米丝材质的招及氧化招(alumina)限定并进行说明。
[0118]但是，底板及至少一个以上的纳米丝材质不限定在铝及氧化铝，且所述底板和至少一个以上的纳米丝可以是不同的材质。例如，所述至少一个以上的纳米丝可以是与所述底板材质相异的氧化物。
[0119]参考图5a，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法是将由铝材质构成的底板210浸泡在混合过氯酸及乙醇的混合溶液220，实施电解抛光。
[0120]通过此，利用过氯酸及乙醇的混合溶液220电解抛光底板210，在底板210上可得到之前处理的光滑(smooth)表面。
[0121 ] 过氯酸及乙醇的混合溶液220可由多样的比例混合制造，优选地，过氯酸及乙醇的容量比为1:4。
[0122]还有，优选地，所述铝材质的底板210的纯度为99.99%。
[0123]根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法是将底板210浸泡在过氯酸及乙醇的混合溶液220的状态下，可添加15V至25V的电压。
[0124]所述电压的附加时间可以是3分钟至10分钟。附加时间未满3分钟时，底板210的表面不能充分地被平坦，且附加时间超过10分钟时，底板210的表面被过度处理，可成为不均匀的表面。
[0125]参考图5b，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法对图5a的底板210实施第一两级氧化。
[0126]例如，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法是将阳电极连接在图5a被执行的底板210，且将阴电极连接在白金(Pt)材质的电极基板230的状态，浸泡在电解液的草酸溶液240之后，附加规定大小的电压，可将底板210进行第一两级氧化。
[0127]优选地，草酸溶液240为0.3M浓度的草酸溶液，且优选地，附加在底板210和电极基板230的电压为35V至45V，更优选地，可以是40V。
[0128]还有，因草酸溶液240根据温度在底板210产生的两级氧化铝250(anodicaluminum oxide，ΑΑ0)的成长速度、气孔大小及均勾度不同，优选地，草酸溶液240的温度设置为(TC至15°C。
[0129]草酸溶液240的温度在上述提及的温度范围内时，两级氧化铝250的均匀度可以是最稳定的。还有，优选地，两级氧化实施时间为6小时至30小时。
[0130]如图5b所示，经过上述过程，在底板210的表面形成具有蜂窝形阵(hexagonalarray)的90nm至 11 Onm 间隔孔隙的两极氧化招 250 (anodic aluminum oxide，AAO)。
[0131]参考图5c，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法对图5b被第一两级氧化的底板210实施湿式蚀刻。
[0132]例如，准备铬酸和磷酸的混合溶液蚀刻溶液260之后，在被选定在蚀刻溶液260的时间期间，浸泡底板120可蚀刻底板120。
[0133]蚀刻溶液260可由多样的比率被制造，但是，优选地，混合1.8%的铬酸和6%的磷酸。
[0134]还有，优选地，蚀刻溶液260的温度设定为70 V至80 V，且优选地，底板120的蚀刻时间为3小时至5小时。
[0135]如图5(:所示，在底板210的表面去除两极氧化招250(anodic aluminum oxide，AAO)，且存在蜂窝模样的均匀间隔的凹槽。
[0136]参考图5d，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法是对图5c被湿式蚀刻的底板进行第二两级氧化，形成有序的至少一个以上的纳米丝。
[0137]例如，在经过湿式蚀刻的底板210连接阳电极，在白金(Pt)材质的电极基板230连接阴电极的状态浸泡在电解液的草酸溶液240之后，附加规定大小的电压，可将底板210进行第二两级氧化。
[0138]图5d中的第二两级氧化过程条件与图5b的第一两级氧化过程的条件相同，且不同地调整两级氧化实施时间，可调整形成在底板210表面上的两级氧化纳米丝250的长度。
[0139]例如，在与图5b的第一两级氧化过程的条件相同的环境下，将两级氧化实施时间调整为I分钟至10小时范围时，两极氧化铝纳米丝250的长度可调整到10nm至50μπι。
[0140]更详细地，草酸溶液240的温度为10°C时，铝纳米丝的长度在I小时以5μπι的长度生长，因此，考虑到根据时间的生长长度比率，可适当地调整两级氧化实施时间。
[0141]如图5d示出，在底板210表面形成由蜂窝形状被有序的两极氧化铝纳米丝250。
[0142]参考图5e，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法是扩张对在图5d有序的至少一个以上的两级氧化铝纳米丝的孔隙。
[0143]例如，图5e可以是均匀地扩大两级氧化铝纳米丝250的孔隙大小的步骤，且经过图5d的第二两级氧化过程的底板210浸泡在磷酸溶液270，可形成孔隙被扩张的两级氧化铝纳米丝280。
[0144]优选地，磷酸溶液270为5重量％浓度的磷酸溶液，且优选地，磷酸溶液270的温度设定为25°C至45°C。
[0145]还有，优选地，在图5e的磷酸溶液270浸泡底板210的时间为15分钟至60分钟，且将磷酸溶液270的温度设定为40 °C至45°C范围内的温度时，可将底板210浸泡在磷酸溶液270的时间缩短为18分钟至2 4分钟。
[0146]根据实施例，将底板210浸泡在磷酸溶液270的状态下，搅拌磷酸溶液270均匀地混合磷酸溶液270，可更有效地扩张孔隙。在这种情况下，优选地，搅拌的速度为300rpm至800rpm 范围。
[0147]参考图5f，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的制造方法可形成具有形态的纳米丝集合体。
[0148]例如，通过对所述孔隙被扩张的有序的至少一个以上的两级氧化铝纳米丝的自聚集控制，可形成具有从一端越到另一端，宽度逐渐变小形态的纳米丝集合体。
[0149]根据实施例，可形成经由孔隙被扩张的有序的至少一个以上的两级氧化铝纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力，所述至少一个以上的纳米丝中的一部分相互对立地弯曲并聚集被形成的形态。
[0150]更具体地，上述图5f的过程，可通过清洗及烘干底板210的过程形成。用于清洗工程的清洗液可以是从由水、乙醇、甲醇、异丙醇及超临界流体(supercritical fluid)构成的组合中，至少一个以上被选择。
[0151]例如，图5e的孔隙被扩张的两级氧化铝纳米丝280，通过清洗及烘干过程，产生经存在于两级氧化铝纳米丝280之间液体的毛细力自聚集现象，可形成具有从一端越到另一端，宽度逐渐变小形态的纳米丝集合体310。
[0152]在这种情况下，所述至少一个以上的两级氧化铝纳米丝中的一部分相互对立地弯曲并聚集，可形成所述形态。
[0153]还有，将用于清洗工程的清洗液从水变更为乙醇、甲醇或者异丙醇时，因各自的毛细力不同，其聚集力不同，结果可变化铝纳米丝280的结构。
[0154]例如，将几乎没有表面张力的超临界流体用于清洗液时，可制造出具有均匀结构的两级氧化铝纳米丝280结构。
[0155]对两级氧化铝纳米丝280或者纳米丝集合体310的结构变化可变更纳米丝束阵列300的光学特性。
[0156]根据实施例，根据本实施例的纳米丝束阵列的制造方法还可包括在制造完成的纳米丝束阵列300的表面上镀金属的步骤。
[0157]所述金属根据设计者的意图可变更。例如，由金、银、钛、白金、氧化钛及氮化钛构成的组合中，至少一个以上可被选择。
[0158]通过上述过程被制造的，根据本发明实施例的纳米丝束阵列变化光电元件的光学及化学特性，可活用在多样的应用领域。
[0159]图6a至图6d是示出根据本发明的实施例，为了说明用于纳米丝束阵列制造方法的孔隙扩张，且随着蚀刻时间形成的至少一个以上的纳米丝自聚集被形成的形态，示出的扫描式电子显微镜(SEM)图像。
[0160]更详细地，示出了图6a是为了孔隙扩张的蚀刻时间为43分钟、图6b的所述蚀刻时间为44分钟、图6c的所述蚀刻时间为45分钟，且图6d的所述蚀刻时间为46分钟的情况。
[0161]参考图6a至图6d，根据在蚀刻溶液的磷酸溶液浸泡底板的用于孔隙扩张的蚀刻时间为43分钟至46分钟，可确认两级氧化铝纳米丝分别由其他厚度自聚集形成的各自其他形
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[0162]参考图6a示出的图像，相比图6b至图6d(44分钟至46分钟)，在比较短蚀刻时间(43分钟)期间，为了孔隙扩张进行蚀刻处理时，可确认由具有强的抗拉强度，且相对厚的纳米丝集合体构成的形态。
[ΟΙ63]图6a的情况，形成了具有较低组装密度(lower packing density)及较小集群大小(smaller cluster size)，具有部分聚集(partially aggregated)纳米丝的包括纳米丝集合体的形态。
[ΟΙ64] 还有，如图6a示出，可确认形成包括亮白(bright white)的多个纳米脊(nano-ridge) 及黑领域的多个纳米孔洞 (nano-void) 的形态。
[0165]相反地，参考图6d示出的图像，相比图6a至图6c(43分钟至45分钟)，在比较长蚀刻时间(46分钟)期间，为了孔隙扩张进行蚀刻处理时，形成了具有较大的长宽比(largeraspect rat1)及机械柔韧性(enlarged mechanical flexibility)的形态。
[0166]所述机械柔韧性使纳米丝更密集，结果，更薄的纳米丝与厚的纳米丝进行比较，具有相对高的组装密度、更大集群大小、更少数的纳米脊及纳米丝，形成了包括相对更缠住(entangled)的纳米丝集合体的形态。
[0167]所述形态的差异对霾薄膜的光学特性有影响。根据本发明的实施例，纳米丝束阵列可通过上述的形态控制，控制霾薄膜的光学特性。
[0168]还有，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列可以是控制光的透过及扩散，增进光电元件光效率的霾薄膜。
[0169]所述霾薄膜是具有上述光学霾特性的薄膜，根据本发明的实施例，纳米丝束阵列可以是霾薄膜，且将所述霾薄膜粘贴在光电元件来使用，控制穿过霾薄膜的光透过率及漫透射率，可增进光电元件的光效率。
[0170]还有，根据本发明的实施例，纳米丝集合体110粘贴在粘基板(未示出)，且可分离。
[0171]例如，利用如粘贴胶带的粘贴性基板，可将从为了形成纳米丝集合体使用过的底板中，分离纳米丝集合体。所述分离的纳米丝集合体粘贴在光电元件，也可作为霾薄膜使用。
[0172]上述的根据本发明的实施例，将纳米丝束阵列作为霾薄膜使用，且以下，对粘贴在光电元件使用的实施例进行详细地说明。
[0173]图7a至图7b是示出根据本发明的实施例，通过纳米丝束阵列被适用的霾薄膜拍摄打印图像的模式图和被拍摄的图像。
[0174]根据本发明的实施例，纳米丝束阵列可活用在霾薄膜，且可粘贴在如有机太阳能电池(organic photovoItaic，OPV)的光电元件表面。
[0175]例如，利用如透明胶带的粘贴性胶带，从如铝基板的底板分离铝纳米丝集合体，可粘贴在光电元件的表面。
[0176]图7a是示出根据本发明的实施例，通过适用纳米丝束阵列的霾薄膜，拍摄打印图像(printed image)的模式图，参考图7a，由选定在打印图像上距离间隔(d)隔离，布置根据本发明实施例的霾薄膜。
[0177]图7b是示出打印图像和霾薄膜相互接触的情况，且图7c是示出打印图像和霾薄膜间的距离间隔⑷为1.5cm的情况，并且，图7d是示出打印图像和霾薄膜间的距离间隔(d)为3.0cm的情况。
[0178]参考图7b至图7d，如图7b所示，将霾薄膜接触在打印图像时(d= 0，接触)，可观察鲜明的打印图像。即，可体现具有高的光透明度的霾薄膜。
[0179]相反地，霾薄膜从打印图像被选定的距离间隔越大，透过霾薄膜入射的光被散射，可观察模糊拍摄的打印图像。
[0180]图8a及图Sb是示出根据本发明的实施例，为了评价适用纳米丝束阵列的霾薄膜的透过散射特性，由实验的模式图及实验被拍摄的图像。
[0181]更详细地参考图8a，为了视觉化从图7b至图7d观察的光的散射，利用激光将激光透过根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜，且利用相机拍摄透过霾薄膜的光扩散在屏幕的被照射的图像。
[0182]具体地示出了，利用具有532nm波长的绿色激光，在经过用于孔隙扩张的43分钟的蚀刻时间，将激光透过被制造的包括纳米丝束阵列的霾薄膜，使透过霾薄膜的光扩散在从霾薄膜被隔离20cm的白色屏幕，被照射(irradiated)的情况。
[0183]参考图Sb，由箭头显示的领域显示霾薄膜。如图Sb示出，所述激光束通过霾薄膜之后，可确认由屏幕上高度散射(highly scattering)及扩散。
[0184]图9a至图9c示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜各自的全透过率(total transmittance)、漫透射率(diffuse transmittance)及霾(haze)特性的图像。
[0185]更详细地，图9a至图9c示出准备各自具有其他霾值的，根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜，按照照射光的波长，测定透过率的图表。
[0186]如上述，对全透过率的漫透射率所占的比率叫霾。
[0187]在图9a至图9c显示的霾A至霾D是制造根据本发明实施例的纳米丝束阵列过程中，用于孔隙扩张的蚀刻时间分别为43分钟、44分钟、45分钟及46分钟实施的情况，参考图9a，根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜在各自的情况显示85%至96%的高的全透过率。
[0188]还有，图9b是示出根据本发明的一个实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜的漫透射率特性的图表，参考图9b，霾薄膜显示35 %至85 %高的漫透射率。
[0189]图9c是示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜的霾特性图表，参考图9c，所述霾薄膜显示35%至99%的高的霾值。
[0190]如上述，所述漫透射率特性及霾特性，因调整上述的各种工程条件，所以，可调整。
[0191]图10是示出根据本发明的实施例，为了评价适用纳米丝束阵列的霾薄膜粘贴的有机太阳能电池的光学特性的模式图，且图1la至图1lc是示出在图10的模式图中，对有机太阳能电池光学特性的图表。
[0192]更详细地，图1la是示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴或者未被粘贴的有机太阳能电池的吸收光谱图表，且图Ub是示出所述霾薄膜被粘贴或者未被粘贴的有机太阳能电池的电流密度-电压(J-V)特性的图表，并且，图1lc是示出所述霾薄膜被粘贴或者未被粘贴的有机太阳能电池的外部量子效率(external quantumefficiency，EQE)光谱的图表。
[0193]参考图10，有机太阳能电池的构成中，布置在最上端的玻璃(glass)表面上粘贴了根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜。
[0194]显示在图1la至图1lc的霾A至霾C是制造根据本发明实施例的纳米丝束阵列过程中，用于孔隙扩张的蚀刻时间分别为43分钟、44分钟及45分钟实施的情况。
[0195]参考图11a，根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池的吸收光谱比霾薄膜未被粘贴的有机太阳能电池，吸收光谱的变动显著地减少了。
[0196]还有，如图1la示出，在吸收光谱谷(valley)的吸收增加。通过根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜，可提高有机太阳能电池的光吸收力。
[0197]更详细地，根据本发明实施例的纳米丝束阵列被适用的，包括在霾薄膜的纳米丝束阵列包括多个纳米孔洞(nano-void)及多个纳米脊(nano-ridge)，所以，透过霾薄膜的光具有高的散射，最终，入射光的光路径变长。
[0198]由此，在有机太阳能电池的活性层(activelayer)的光吸收特性也经根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜，被加强。
[0199]还有，部分自聚集的适用纳米丝束阵列的霾薄膜情况，比包括相对密集并自聚集的纳米丝束阵列的霾薄膜，散射中心(scattering center)被加强，不仅显示相对高的漫透射率，还显示相对高的光学霾值。
[0200]例如，如图1la显示，可确认具有相对高的光学霾值的霾薄膜，具有更有效的促进对有机太阳能电池的光吸收特性的倾向。
[0201]在本实施例，有机太阳能电池的结构及材料特性，除了霾薄膜的霾值都相同，所以，聚集度(degree of aggregat1n)低的霾薄膜具有高的霾值，且可延长透过霾薄膜的光的光路径长度。
[0202]参考图11b，显示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池的电流密度-电压值比霾薄膜未被粘贴的有机太阳能电池的电流密度-电压值低，且可确认将根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜粘贴在有机太阳能电池使用时的光电变换效率更高。
[0203]参考图11c，显示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池的外部量子效率值比霾薄膜未被粘贴的有机太阳能电池的外部量子效率值高，且因此，可确认将霾薄膜粘贴在有机太阳能电池使用时的外部量子效率更好。
[0204]图12是示出根据本发明的实施例，为了有序地调查适用纳米丝束阵列的霾薄膜粘贴的有机太阳能电池玻璃基板中，扩散透过的光传播方向(propagat1n direct1n)的实验装备的模式图，且图13a至图13c是示出在图12中，对有机太阳能电池玻璃基板的扩散及透过的光特性的图表。
[0205]更详细地，图13a是示出根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴或者未被粘贴的有机太阳能电池的扩散及透过玻璃基板的光的角度分布图表，且图13b是示出所述霾薄膜被粘贴或者未被粘贴的有机太阳能电池的扩散及通过玻璃基板的，随着光的波长测定反射率特性结果的图表，并且，图13c是示出所述霾薄膜被粘贴或者未被粘贴的有机太阳能电池的扩散及通过玻璃基板的，随着光的波长模拟(FDTD simulat1n)反射率(ref Iectance)特性结果的图表。
[0206]参考图12，使用固定在旋转臂的光检测器，且将532nm的绿色激光束照射在根据本发明实施例的纳米丝束阵列被适用的粘贴霾薄膜的半圆柱棱镜(hem1-cy Iindricalprism)
[0207]如图12所示，为了有序的得知布置在有机太阳能电池上端的玻璃及在有机太阳能电池的活性层的透过光的传播方向，通过所述霾薄膜可测定被透过的激光束的角度分布。
[0208]参考图13a，测定扩散及透过图12的根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池玻璃基板的光的角度分布结果，确认了根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池的玻璃基板比所述霾薄膜未被粘贴在有机太阳能电池的玻璃基板，光相对以大角度被扩散及透过。
[0209]S卩，根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜可延长入射到有机太阳能电池活性层光的光路径长度。
[0210]参考图13b及图13c，可确认在图12的根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池，光吸收高。
[0211]更详细地，如图13c所示，根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜未被粘贴领域的垂直方向(normal direct1n)单一入射光和向根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴领域入射，且具有规定角度的散射光(scattered rays)的模拟结果，如图13b，可确认在根据本发明的实施例，适用纳米丝束阵列的霾薄膜被粘贴的有机太阳能电池，光吸收高。
[0212]图14a及图14b是示出根据本发明的实施例，通过纳米丝束阵列适用在光电元件的示例。
[0213]根据本发明的实施例，纳米丝束阵列控制光的透过及扩散，可增进关电元件、光热元件及光学元件中至少一个以上的效率。
[0214]参考图14a，在图1a及图1b示出的根据本发明的实施例，纳米丝束阵列的纳米丝集合体110可粘贴在粘基板130，且被分离。
[0215]例如，纳米丝集合体110利用如粘贴胶带的粘基板130，可从为了形成纳米丝集合体110使用过的底板120分离纳米丝集合体110。
[0216]由粘贴在粘基板130的纳米丝集合体110构成的纳米丝束阵列，可应用在玻璃(glass)、光电元件、光热元件及光学元件。
[0217]还有，根据实施例，如图14b所示，纳米丝束阵列可包括纳米丝集合体110及支持纳米丝集合体110的底板120，且应用在玻璃(glass)、光电元件、光热元件及光学元件，可控制光的透过及扩散。
[0218]如上述，根据本发明的实施例，经适用纳米丝束阵列的霾薄膜，在光电元件的光入射面涂层霾薄膜，减少反射，且增加光活性层的入射角，不仅可带来光路径的增加及根据此的光吸收率及效率增大，也可活用在为了变换未活用波长领域的太阳光波长的光谱变换层的变换效率的提高。
[0219]还有，根据本发明的实施例，经适用纳米丝束阵列的霾薄膜，在如LED的发光元件表面涂层霾薄膜，改善从活性层发生的光因全反射堵住外部提取，可增加光提取效率，并且，防止附加地回到活性层的光再次被吸收变化为热能，可预防由热发生的元件性能的低下。
[0220]根据本发明的实施例，经上述的适用纳米丝束阵列的霾薄膜，具有指纹防止特性，可多样地活用在被用于电脑显示器、导航设备、智能手机仪器等的触摸型显示器、博物馆或者美术馆的玻璃等。
[0221]如上所述，本发明虽然由限定的实施例和图面被说明，但是本发明不限于所述的实施例，且所属本发明领域的技术人员，从这些记载可多样地修改及变更。
[0222]所以，本发明的范围不能局限于由说明的实施例被决定，且不仅是后述的权利要求，而且经与此权利要求均等的被决定。
【主权项】
1.一种纳米丝束阵列，其包括: 纳米丝集合体，由至少一个以上的纳米丝被构成，且具有从一端越到另一端宽度逐渐减少的形态，且 多个所述纳米丝集合体以规定间隔被隔离布置，且通过所述形态的控制，控制入射光的光路径。2.根据权利要求1所述的纳米丝素阵列，其特征为，所述形态的形成经存在于所述至少一个以上的纳米丝中的任何一个与其他纳米丝之间的毛细力，被自聚集。3.根据权利要求2所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态的形成经由所述至少一个以上的纳米丝之间的流体表面张力被诱导的毛细力，在所述至少一个以上的纳米丝中的一部分相互对立地弯曲并聚集。4.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述纳米丝束阵列基于包括多个纳米孔洞及多个纳米脊的形态，具有通过所述光的散射控制的光霾。5.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态包括: 纳米丝集合体单位的漏斗结构，由所述至少一个以上的纳米丝构成，且 所述漏斗结构由微量大小被形成，且由微量的隔离距离被布置多个。6.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态的形成由所述至少一个以上的纳米丝中的任何一个由任意方向倒下，且由其他纳米丝被支持。7.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态的形成由所述至少一个以上的纳米丝中，至少一个以弯曲的状态与其他纳米丝结合。8.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态的形成由所述纳米丝集合体的上端由所述至少一个以上的纳米丝被凝聚，且所述纳米丝集合体的下端由所述至少一个以上的纳米丝相互被隔离布置。9.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述纳米丝集合体粘贴在粘基板的上部，且能够分离。10.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述纳米丝束阵列控制所述光的透过及扩散，增进光电元件、光热元件及光学元件中至少一个以上的效率。11.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述至少一个以上的纳米丝的材质是氧化铝及二氧化钛中的任何一个。12.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述至少一个以上的纳米丝各自的长度为100]11]1至5(^111013.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述至少一个以上的纳米丝各自的粗度为10]11]1至7011111014.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述至少一个以上的纳米丝各自的端间间隔小于500nmo15.根据权利要求1所述的纳米丝束阵列，所述纳米丝集合体的高度为10nm至30μηι。16.一种纳米丝束阵列，其包括: 底板;及 纳米丝集合体，多个以规定间隔隔离地布置在所述地板上，且 所述纳米丝集合体包括至少一个以上的纳米丝，并且具有从与所述底板接触的一端越到另一端宽度逐渐减少的形态。17.根据权利要求16所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态的形成经存在于所述至少一个以上的纳米丝中的任何一个与其他纳米丝之间的毛细力，被自聚集。18.根据权利要求16所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述形态的形成由所述纳米丝集合体的上端由所述至少一个以上的纳米丝被凝结，且所述纳米丝集合体的下端由所述至少一个以上的纳米丝相互被隔离布置。19.根据权利要求16所述的纳米丝束阵列，其特征为，所述纳米丝束阵列控制所述光的透过及扩散，增进光电元件、光热元件及光学元件中至少一个以上的光效率。20.一种纳米丝束阵列的制造方法，其步骤包括: 在底板实施电解抛光； 对所述底板进行两级氧化，在所述底板上形成至少一个以上的纳米丝； 扩张对所述至少一个以上纳米丝的孔隙； 通过对所述孔隙被扩张的至少一个以上的纳米丝自聚集的控制，形成具有从一端越到另一端宽度逐渐减少形态的纳米丝集合体。
【文档编号】G02F1/01GK106054409SQ201610213329
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月7日 公开号201610213329.5, CN 106054409 A, CN 106054409A, CN 201610213329, CN-A-106054409, CN106054409 A, CN106054409A, CN201610213329, CN201610213329.5
【发明人】金敬植, 姜求鍲, 裵奎荣
【申请人】延世大学校产学协力团