超疏水基板及其制造方法

超疏水基板及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种超疏水基板，其中多个突起部以伪随机分布排列在所述基板的一个表面上，并且突起部间的平均间隔大于可见光波长。根据本发明的超疏水基板的优点在于，突起部间的平均间隔大于可见光波长，以确保耐久性；并且突起部以伪随机分布进行排列，以调节突起部的尺寸和分布，从而确保基板的透明性。
【专利说明】超疏水基板及其制造方法
【技术领域】
[0001]实施例的方面涉及一种超疏水基板，更具体地，涉及一种具有140°C或更大的水接触角的超疏水基板及其制造方法。
【背景技术】
[0002]通过在基板与流经基板表面中形成的凹凸图案的水之间的界面中形成气隙，使得超疏水基板表不了比基于现有技术的疏水基板具有更大的水接触角的基板。现有的疏水基板的接触角约为100°c至110°c，而超疏水基板的接触角为140°C或更大。
[0003]大体上，超疏水基板可以分为以下两种结构:其一，形成在基板表面中的凹凸图案中的凸部之间的间隔(图案的凸部间的平均间隔)小于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔的结构；其二，形成在基板表面中的凹凸图案中的凸部之间的间隔大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔的结构。当形成在超疏水基板表面中的凹凸图案中的凸部之间的间隔大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔时，由于凹凸图案中的凸部之间的间隔相对较大并且展示出耐久性，但是基板不透光，因而不能确保其能见度。当形成在超疏水基板表面中的凹凸图案的凸部中之间的间隔小于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔时，由于基板是透明的，并且可以确保能见度，但是凹凸图案中的凸部之间的间隔相对较小，因而耐久性可能会下降，并且制造过程可能比较复杂。
[0004]同时，作为超疏水基板的制造方法，大体上，已经使用了分布纳米粒子以在基板上形成凹凸图案的方法、通过光刻工艺形成凹凸图案的方法、以及使用电喷射形成凹凸图案的方法，但是，上述方法存在着一些问题是，基板的表面特性(例如，基板表面中形成的图案的各部分的尺寸和分布等)和基板的光学特性(例如透明性等)不可控。

【发明内容】

[0005]技术问题
[0006]实施例的一个方面提供了 一种超疏水基板，所述超疏水基板同时具备足够的耐久性和透明性。
[0007]实施例的一个方面提供了一种超疏水基板的制造方法，所述超疏水基板能够控制基板的光学特性。
[0008]实施例的一个方面提供了一种包括超疏水基板的显示装置，所述超疏水基板保证了耐久性和透明性。
[0009]实施例的一个方面提供了车辆的车窗玻璃，所述车窗玻璃包括保证了耐久性和透明性的超疏水基板。
[0010]技术方案
[0011]实施例的一个方面提供了一种超疏水基板，包括:多个突起，以伪随机分布排列在所述超疏水基板的一个表面上，所述多个突起当中的各个突起间的平均间隔大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔。[0012]实施例的一个方面提供了一种超疏水基板的制造方法，包括:a)制作包括以伪随机分布排列的多个光透射部或多个光阻挡部的光掩模，所述多个光透射部之间或所述多个光阻挡部之间的平均间隔大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔；以及b)通过使用在a)制作光掩模中制作的所述光掩模，在基板表面上形成多个突起。
[0013]技术效果
[0014]如上文所述，根据本发明概念的实施例，超疏水基板可以具有优良的耐久性和透明性，并且可以便于制造，并且能降低其制造成本。
[0015]在根据实施例的超疏水基板的制造方法中，可以调整在基板表面中形成的突起的尺寸和分布，并且可以容易地制造大面积的基板。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1示出根据实施例的超疏水基板的表面形式；
[0017]图2示出根据实施例的超疏水基板上的水接触角；
[0018]图3示出使用维诺图(voronoi diagram)设计图案的方法,用于制作在超疏水基板制造方法中使用的光掩模；以及
[0019]图4是根据比较例的使用扫描型电子显微镜(SEM)捕获的疏水基板的SEM图像，示出了该疏水基板的表面形状。
【具体实施方式】
[0020]现将参照附图详细描述实施例。然而，实施例可以以多种不同的形式体现，并且不应将其解释为限于此处提出的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开内容更彻底和完整，并且向本领域技术人员充分地传达本发明概念的范围。
[0021]图1不出根据实施例的超疏水基板的表面形状。参考图1，根据实施例的超疏水基板在基板10的一个表面上可包括多个突起20。
[0022]在这种情况下，只要基板10在可见光区域是透明的，基板10并没有特别的限制，例如，可以使用由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯-嵌段-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)等制成的基板。
[0023]另一方面，在本实施例中，可以将形成在基板10的一个表面上的多个突起20以伪随机分布排列。在此，“伪随机分布”表示满足至少一个规则的分布，即使该分布在统计上随机地显示，并且具有与真正的随机分布(具有没有任何规则的随机分布)相反的基本概念。
[0024]可以通过在本领域中公知的多种伪随机分布形成方法提供所述伪随机分布，例如随机数生成函数、维诺图等，但不应该限于此。同时，随机数生成函数和维诺图被应用于多个领域，例如，信息技术、建筑学、无线通信等。在随机数生成函数的情况下，使用设定特定条件、然后在满足设定条件的范围内生成具有随机分布的值的方法，并且该方法可以通过计算机程序实现。此外，在维诺图的情况下，可以使用以伪随机方式形成分布的方法，其中，通过随机分布在平面上的多个点之间的垂直平分线来配置包括各个点的区域，从而满足特定条件。
[0025]同时，在本实施例中，上文提供的“多个突起以伪随机分布排列”的描述表明多个突起当中的各个突起的位置是随机设定的，但是可以对多个突起进行调整和排列，使得所有多个突起之间的平均间隔落在设定范围内。
[0026]当基板上的多个突起的阵列有规律时，由于折射和光的干涉现象，可能很难确保透明性；并且当基板上的突起的阵列是真正的随机分布时，其透明性可得到改善，但可能难以获得均匀的物理性质，例如拒水性和防水性等。相比较而言，基于本实施例，当多个突起以伪随机分布排列并且将多个突起当中的各个突起间的平均间隔被调整到特定范围内时，可以实现具有优良的透明性、拒水性、耐久性等的超疏水基板。
[0027]另一方面，在本实施例中，多个突起之间的平均间隔可以大于可见光波长，以确保超疏水基板的耐久性。具体地，多个突起当中的各个突起间的平均间隔可在约0.4μπι至100 μ m之间，例如约I μ m至50 μ m、约5 μ m至30 μ m、约0.4 μ m至10 μ m、或约10 μ m至100 μ m之间。
[0028]当多个突起当中的各个突起间的平均间隔小于0.4μ m时，拒水性能可能会降低，同时通过当前使用的蚀刻工艺形成突起的难度也会减小。当多个突起当中的各个突起间的平均间隔超过100 μ m时，多个突起当中的各个突起间的平均间隔可能大于水滴的直径，从而可能无法获得所要求的拒水性能。
[0029]此外，在本实施例中，突起可以设置成使得多个突起当中的彼此相邻的各个突起间的间隔满足正态分布范围。当多个突起当中的各个突起间的间隔满足正态分布范围的情况下，可获得具有优良的拒水性和优良的透明特性两者的超疏水基板。此时，正态分布的平均值可以是多个突起当中的各个突起间的平均间隔，并且正态分布的标准差值可以是其平均值的1/20至1/4。也就是说，正态分布的标准差是多个突起当中的各个突起间的平均间隔的1/20至1/4。换句话说，标准差值可以满足上述的数值范围，从而使超疏水基板的物理性能可以特别优异。
[0030]多个突起可以由多种方式形成，例如，可具有圆柱状、圆锥状、四边形柱状等，但不应该仅限于此。
[0031]此外，根据以伪随机分布排列的多个突起当中的各个突起间的平均间隔，突起的直径可能会不同。在此，突起的直径表示突起与基板接触的部分的直径。例如，在圆锥形突起的情况下，突起的直径是指底圆的直径；并且在圆柱体突起的情况下，突起的直径是指圆柱体下端的直径。突起的直径可以在多个突起当中的各个突起间的平均间隔的约5至30%之间的范围内，例如，在多个突起当中的各个突起间的平均间隔的约10至25%之间、约15%至20%之间、约20%至30%之间或约5至20%之间。当突起的直径小于多个突起当中的各个突起间的平均间隔的5%时，形成在超疏水基板中的图案的耐久性可能会下降；并且当突起的直径超过多个突起当中的各个突起间的平均间隔的30%时，雾度值可能会增加，从而降低超疏水基板的透明性。
[0032]进一步地，根据以伪随机分布排列的多个突起当中的各个突起间的平均间隔，突起的高度可能会不同。在此，多个突起的高度可以在多个突起当中的各个突起间的平均间隔的约15至90%之间的范围内，例如，在多个突起当中的各个突起间的平均间隔的约20至60%之间、约30%至50%之间、约40%至90%之间或约15至40%之间。在多个突起的高度小于多个突起当中的各个突起间的平均间隔的15%的情况下，可能很难呈现超疏水性能；并且在突起的高度超过100%的情况下，形成在超疏水基板中的图案的耐久性可能会降低。
[0033]具有上述结构的超疏水基板的雾度值可为2或更小。为了确保产品(例如应用了上述超疏水基板的车辆等)的透明性，雾度值可以为2或更小。在本实施例中，当入射光穿过超疏水基板并且100%的入射光被散射其上时，雾度值为100 ;而当没有发生散射时，雾度值为O。雾度值在100和O之间表示入射光穿过超疏水基板与被散射其上的比率。二者择一地，超疏水基板的雾度值可为0.2至1.2或0.5至1.0。
[0034]同时，图2示出根据实施例的超疏水基板上的接触角。参照图2，根据实施例的超疏水基板的接触角可为140°C或更大,例如150°C或更大,这是水几乎不凝结而流动的原因，也就是说，超疏水现象在接触角为140°C或更大时发生。在此，接触角表示当在液体表面上，从超疏水基板上处于静止状态的液体与基板相接触的一点开始绘制一条直线时，相对于设置的基板表面的角度。
[0035]另一方面，根据另一实施例的超疏水基板可以进一步包括涂层，该涂层形成在包括多个突起的超疏水基板上并由疏水材料形成。疏水材料构成的涂层可以加强基板的超疏水性能。疏水性材料可以是氟基化合物、硅烷基化合物等，例如聚四氟乙烯(PTFE )、硅氧烷
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[0036]根据实施例的超疏水基板可用于采用例如汽车玻璃、显示装置的透明基板、移动电话的显示装置、相机镜头等的多个领域。
[0037]此外，由于根据实施例的超疏水基板的多个突起当中的各个突起间的平均间隔大于可见光波长，因此，可以通过使用波段相对较长的光源的光刻工艺、压花辊法、辊至辊印刷法等来形成多个突起，促使其应用到大面积的基板。
[0038]接下来，将描述根据实施例的超疏水板的制造方法。
[0039]根据实施例的超疏水基板的制造方法可以包括:a)制作光掩模；以及b)通过使用在a)制作光掩模中制作的光掩模，在基板表面上形成多个突起。
[0040]在a)制作光掩模的过程中，可以制作包括多个光透射部(在负光敏剂被施加到基板的情况下)或多个光阻挡部(在正光敏剂被施加到基板的情况下)的光掩模，多个光透射部或光阻挡部以伪随机分布排列。可以执行该步骤，以通过使用光掩模允许形成在基板中的多个突起以伪随机分布排列。当多个突起以伪随机分布排列时，可以对多个突起的尺寸和多个突起当中的各个突起间的间隔进行调整，据此，诸如基板的透明性等光学性能可以得到控制。
[0041]以伪随机分布排列的多个光透射部和光阻挡部可以通过使用本领域中通常使用的伪随机分布形成方法(例如，使用随机数生成函数以及维诺图等来设计图案的方法)形成。
[0042]例如，可以通过在所需突起和所需突起的标准差值之间设定至少一个平均间隔来形成多个光透射部或光阻挡部，随后通过使用随机数生成函数生成满足伪随机分布的值，并且在与所生成的值相对应的位置处形成与光透射部或光阻挡部对应的图案。
[0043]同时，图3示出使用维诺图设计图案的方法。参照图3，使用维诺图设计图案的方法可以包括:考虑相应突起间的平均间隔形成晶胞区域(参照图3 (A));在晶胞的重心处形成与光透射部或光阻挡部相对应的图案(参照图3 (B));以及消除维诺图图案(参照图3(O)0
[0044]另一方面，光透射部之间或光阻挡部之间的平均间隔可以大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔。具体地，光透射部之间或光阻挡部之间的平均间隔可在约0.4 μ m至100 μ m之间的范围内，例如约I μ m至50 μ m之间、约5 μ m至30 μ m之间、约0.4 μ m至10 μ m之间或约10 μ m至100 μ m之间。当光透射部之间或光阻挡部之间的平均间隔小于0.4 μ m时，可能很难使用当前使用的光刻方案形成图案；并且当光透射部之间或光阻挡部之间的平均间隔超过100 μ m时，多个突起当中的各个突起间的平均间隔可能大于水滴的直径，从而可能无法获得所需拒水性能。
[0045]此外，根据光透射部或光阻挡部之间的平均间隔，光透射部或光阻挡部的图案的直径可能有所不同。具体地，光透射部或光阻挡部的直径可以在光透射部或光阻挡部之间的平均间隔的约5至30%之间的范围内，例如，光透射部或光阻挡部之间的平均间隔的约10至25%、约15%至20%、约20%至30%或约5至20%之间。当光透射部或光阻挡部的直径小于光透射部或光阻挡部之间的平均间隔的5%时，形成在超疏水基板中的图案的耐久性可能会降低；并且当光透射部或光阻挡部的直径超过30%时，雾度值可能会增加，从而降低超疏水基板的透明性。
[0046]同时,可通过使用在a)光掩模制作过程中制作的光掩模将光敏剂施加到基板表面并且允许紫外线照射其上以在基板表面形成多个突起，执行b)中在基板上形成多个突起的过程。
[0047]在这种情况下，作为光敏剂，可使用正光敏剂或负光敏剂。例如可使用如Su-8的光敏剂、如AZ4230的光敏剂等，但不应该仅限于此。
[0048]实施方式
[0049]以下，将对根据实施例的超疏水基板及其制造方法进行详细描述，但并不仅限于此。
[0050]实施例
[0051](I)制作光掩模
[0052]I)平均间隔设定为20 μ m以形成基于维诺图的单细胞，并且直径为3 μ m的圆形图案的中心位于维诺图图案的单细胞的重心处。然后，通过去除维诺图的图案，形成以伪随机分布排列的多个圆形图案。
[0053]2)将所设计的图案转移到上面形成有铬薄膜并且铬薄膜上面涂覆有光致抗蚀剂的由石英材料形成的基板上，使得被转移的光致抗蚀剂以一定形状呈现。
[0054]3)通过使用显影后生成的光致抗蚀剂图案作为膜，对铬薄膜进行蚀刻，然后除去剩余的光致抗蚀剂。
[0055]4)去除光致抗蚀剂并清洗以后，确定掩膜上是否存在缺陷，并对缺陷进行修复从而完成光掩模。
[0056]如上所述，所制作的光掩模包括多个直径为3μπι的圆形光透射部，多个光透射部是以伪随机分布进行排列，并且光透射部之间的平均间隔为20 μ m。
[0057](2)在基板上形成多个突起
[0058]I)制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板，将诸如Su_8的光敏剂施加到基板的一个表面。
[0059]2)上述过程(I)中制作的光掩模用于将紫外线照射到光敏剂层以进行显影。显影后，将未暴露在光线下的区域去除，从而制作包括多个突起的超疏水基板。
[0060]形成在所制造的超疏水基板的一个表面中的多个突起以伪随机分布排列，多个突起间的平均间隔为20 μ m,并且突起的直径为3 μ m,高度为10 μ m。
[0061](3)在基板表面涂覆疏水材料
[0062]所制造的超疏水基板的表面涂覆有聚四氟乙烯(PTFE )。
[0063]比较例
[0064]除了通过设计多个金刚石形状以线性方式排列的图案来形成光掩模的图案以外，疏水基板与上述实施例的制造方法大致相同。
[0065]图4示出了根据比较例的疏水基板的表面形状。参照图4，形成在根据比较例的疏水基板一个表面中的多个突起具有钻石形状，并且以线性方式进行二维排列，多个突起间的平均间隔为20 μ m,并且突起的直径为3 μ m,高度为10 μ m。
[0066]在上述结果中，根据实施例的疏水基板与根据比较例的疏水基板的相同之处在于，形成在根据实施例的疏水基板表面中的突起间的平均间隔大于可见光波长，与根据比较例的疏水基板的不同之处在于突起以伪随机分布排列。
[0067]实验实例
[0068](I)接触角的测量
[0069]使用Kruss的接触角测量装置dsa-100，测量超疏水基板表面上的接触角。
[0070](2)雾度值的测量
[0071]使用村上色彩研究实验室(Murakami color research lab)的HR-100,测量超疏水基板的透明度。
[0072]在根据实施例制造的超疏水基板中，其表面上的接触角测量为154度，其雾度值为 1.7。
[0073]在根据实施例制造的疏水基板中，其表面上的接触角测量为151度，其雾度值为18.7。
[0074]从上述结果中可以确定，根据实施例的超疏水基板与根据比较例的疏水基板相t匕，同时具备很好的接触角和优良的透明度。这是由于与比较例不同，根据实施例的突起排列的间隔大于可见光波长，并且以伪随机分布排列从而可以确保其透明度。
[0075]虽然已经关联实施例示出和描述了本发明的概念，但是，对本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离权利要求书限定的本发明的概念的精神和范围的情况下，可以对其做出修改和变化。
【权利要求】
1.一种超疏水基板，包括: 多个突起，以伪随机分布排列在所述超疏水基板的一个表面上，所述多个突起当中的各个突起间的平均间隔大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔。
2.根据权利要求1所述的超疏水基板，其中，所述多个突起当中的各个突起间的平均间隔在0.4μπι至100 μ m的范围内。
3.根据权利要求1所述的超疏水基板，其中，所述多个突起当中彼此相邻的各个突起间的间隔满足正态分布。
4.根据权利要求3所述的超疏水基板，其中，所述正态分布的标准差在所述各个突起间的平均间隔的1/20至1/4的范围内。
5.根据权利要求1所述的超疏水基板，其中，所述突起的直径在所述各个突起间的平均间隔的5%至30%的范围内。
6.根据权利要求1所述的超疏水基板，其中，所述超疏水基板的雾度值为2或更小。
7.根据权利要求1所述的超疏水基板，进一步包括由疏水材料形成的涂层，所述涂层位于包括所述多个突起的所述超疏水基板的表面上。
8.根据权利要求7所述的超疏水基板，其中，所述疏水材料为氣基化合物或娃烧基化合物。
9.一种超疏水基板的制造方法，包括: a)制作包括以伪随机分布排列的多个光透射部或多个光阻挡部的光掩模，所述多个光透射部之间或所述多个光阻挡部之间的平均间隔大于可见光谱内的光的光束波峰之间的间隔；以及 b)通过使用在a)制作光掩模中制作的所述光掩模，在基板表面上形成多个突起。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，a)制作光掩模是使用采用了维诺图的图案设计方法执行的。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在a)制作光掩模中，所述光透射部或所述光阻挡部的直径在所述光透射部之间或所述光阻挡部之间的平均间隔的5%至30%的范围内。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在上面形成有所述多个突起的基板表面涂覆疏水材料。
13.—种显示装置，包括权利要求1至8的任一项所述的超疏水基板。
14.用于车辆的车窗玻璃，包括权利要求1至8的任一项所述的超疏水基板。
【文档编号】C03C15/00GK103443660SQ201280012424
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2011年11月25日
【发明者】金台洙, 崔贤, 辛富建, 金在镇, 李钟炳, 金秀珍 申请人:Lg化学株式会社