KR100612292B1 - 디스펜서를 이용한 대면적 스탬프의 제조방법과 이를이용한 복제몰드의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

대면적의 패턴 복제를 위한 스탬프의 제조를 위하여 본 발명은 디스펜서를 이용하여 기판에 액적을 패터닝하는 단계, 상기 액적을 열이나 빛(가시광선 또는 자외선)을 조사(照査)하여 경화(curing)하는 단계를 포함한다.
디스펜서, 마이크로 렌즈, 대면적 스탬프, 액적

Description

디스펜서를 이용한 대면적 스탬프의 제조방법과 이를 이용한 복제몰드의 제조방법{Large area stamp fabrication method by dispenser and fabrication method for replication mold using stamp}
도 1은 디스펜서로 액적을 균일하게 대면적의 표면 위에 패터닝하는 방법의 개념도이다.
도 2는 액적의 형상을 조절하기 위한 방법을 도시한 개념도이다.
도 3은 액적의 크기를 조절하기 위한 방법을 도시한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 기판 표면의 화학적 처리를 통한 액적 형상 조절의 실제 예에 대한 이미지 사진이다.
도 5a 내지 도 5j는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 스탬프, 복제 몰드 및 2차 복제 몰드의 제작 공정도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 스탬프의 마이크로 렌즈로의 응용에 관한 개념도이다.
본 발명은 디스펜싱 방법에 의한 대면적의 패턴 복제를 위한 마스터 및 스 탬프의 제조 방법 및 그 마이크로 렌즈를 포함하는 응용방법에 관한 것이다.
종래의 패턴 복제를 위한 마스터 제조 공정은 주로 전통적인 식각공정인 광식각(photolithography)공정과 전자빔 식각공정(electron beam lithography)이 주로 사용되었다. 하지만 위 방법은 대면적의 패터닝을 하는데 고가의 장비와 대형의 장비가 필요하다는 한계점이 있다.(참고문헌: Advanced Materials 2002, 14, 1213; J. Mater. Chem. 2003, 13, 1862; J. Micromech. Microeng. 2002, 12, 747). 이를 대체 하는 방법으로 콜로이드 입자의 자기조립을 이용하여 복제용 스탬프 및 마이크로 렌즈를 만드는 방법이 사용될 수 있으나 이 방법은 대면적에서 결점(defect)이 존재한다는 단점이 있어서 역시 대면적 스탬프로 사용하기 어려운 문제점이 있다.(참고문헌: G. M. Whitesides et al, Langmuir 1996, 12, 4033; Applied Physics Letters 2001, 78, 2273)
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대면적의 패턴을 식각공정 없이 디스펜서로 패터닝하여 대면적 스탬프를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 스탬프를 이용하여 복제몰드를 저가의 대량공정으로 제조하는 방법을 제공하며, 이러한 복제 몰드의 마이크로 렌즈로의 응용과 디스플레이 휘도 향상을 위한 표면 요철 패턴 및 균일한 스페이서로의 활용방법 및 응용을 제공하는 것이다.
대면적의 패턴 복제를 위한 스탬프의 제조를 위하여 본 발명은 디스펜서를 이용하여 기판에 액적을 패터닝하는 단계, 상기 액적에 열을 가하거나 빛(가시광선 또는 자외선)을 조사(照査)하여 상기 패터닝된 액적을 경화(curing)하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 액적을 유리전이온도 이상으로 가열하거나, 상기 기판의 친수성 또는 소수성 표면처리에 의하여상기 액적의 형상을 조절하는 단계를 포함할 수 있고, 건조 또는 기화(evaporation)에 의하여 상기 액적의 크기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 액적은 가열 또는 빛(자외선 또는 가시광선)의 조사(照査)에 의하여 경화되는 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명은 대면적 스탬프를 이용한 복제 몰드를 제작하기 위하여, 디스펜서를 이용하여 기판에 액적을 패터닝하는 단계, 상기 액적에 열을 가하거나 빛(가시광선 또는 자외선)을 조사(照査)하여 패터닝된 액적을 경화(curing)함으로써 스탬프를 제조하는 단계, 상기 스탬프에 레진을 코팅하는 단계, 상기 레진에 열을 가하거나 빛(자외선 및 가시광선)을 조사(照査)하여 상기 코팅된 레진을 경화(curing)하는 단계, 및 상기 경화된 레진으로 형성되는 복제 몰드를 상기 스탬프로부터 분리하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 복제 몰드에 상기 레진을 코팅하는 단계, 상기 레진에 열을 가하거나 빛(가시광선 또는 자외선)을 조사(照査)하여 경화(curing)하는 단계, 상기 경화된 레진으로 형성되는 2차 복제 몰드를 상기 복제 몰드로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 레진은 광투과성 물질을 사용할 수 있고, 상기 레진을 코팅하는 단계는 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(Dip coating), 롤러코팅(Roller coating), 스프레이코팅(Spray coating) 중에서 선택된 어느 한 방식으로 할 수 있다. 아울러 불화기(F)를 포함하는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 계통의 고분자, 소수성 금속, 자기조립 단분자막을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 소재를 상기 레진의 분리를 용이하게 하기 위한 표면처리물질로 사용할 수 있다.
이하, 당업자가 용이하게 발명의 내용을 파악할 수 있도록 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 디스펜서로 액적을 균일하게 대면적의 표면위에 패터닝하는 방법의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 최초 스탬프의 재료가 되는 고분자 및 유,무기 레진(resin) 등이 정밀 스테이지 및 컨트롤러 를 통해서 제어되는 디스펜서 시스템에서 균일한 액적(12)의 크기로 원하는 기판(10)의 표면 위에 패터닝된다. 최초 패턴의 간격과 액적(10)의 크기는 디스펜서 제어를 통해서 정해진다. 일반적으로 상용화되어 있는 디스펜서로는 약 30 마이크로 미터에서 수백마크로 미터 이내에서 자유롭게 액적의 크기가 조절될 수 있다. 이렇게 제조된 액적의 크기 및 형상은 이후 공정에서 표면의 특성 및 열가열에 의한 방법에 의해서 이차적으로 조절될 수 있다.
도 2는 액적의 형상을 조절하는 방법을 도시한 개념도로서, 열가열방법과 상기 기판(10)표면의 친수성 및 소수성 변화를 이용하여 액적의 형상을 조절하는 방법을 보여준다.
보다 자세하게는, 최초 액적(12)의 접촉각은 기판(10)표면의 친수성 및 소수성 정도에 따라서 달라지는데 이러한 표면 처리를 통해서 액적(12)의 접촉각을 제어해서 구형 및 반구형 등으로 액적(12)의 형상을 조절 할 수 있다. 도 2를 참조하면, 변화된 액적(12a)의 형상을 확인할 수 있다.
도 3은 액적의 크기를 조절하기 위한 방법을 도시한 개념도로서, 최초 표면에 도포된 액적(12)의 크기가 액적(12)이 기화되면서 그 크기가 조절될 수 있음을 보여주는 예이다. 도 3을 참조하면, 변화된 크기를 갖는 액적(12b)을 확인할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 기판 표면의 화학적 처리를 통한 액적 형상 조절의 실제 예에 대한 이미지 사진이다.
이 도면에서 소수성이 강한 순서대로 즉, 친수성이 약한 순서대로, 도 4a 는 소수성이 가장 강할 때 액적의 형상(13a)을 보여주고 있으며, 도 4b는 도 4a에서 보다 친수성이 강할 때의 액적의 형상(13b)을 보여주고 있고, 도 4c는 친수성이 가장 강할 때 액적의 형상(13c)을 보여준다.
도 5a 내지 도 5j는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 스탬프, 복제 몰드 및 2차 복제 몰드의 제작 공정도이다.
도 5a는 디스펜서로 레진 및 액적(12)을 균일하게 대면적의 기판(10)위에 패터닝하는 것을 도시한 것이며, 도 5b는 액적(12)이 열 또는 빛(가시광선 또는 자외선등)에 의해서 경화(curing) 되는 공정을 도시한 것이다. 이 경우, 최초 경화된 액적은 다시 온도를 일정온도(유리전이온도) 이상 올리면 표면에서 유동성이 생겨 그 접촉각을 변화되면서 형상을 렌즈형태로 변화 시킬 수 있다. 이러한 공정에 의하여 스탬프(14)가 제조된다. 이렇게 제조된 스탬프(14)를 이용하여 복제 몰드를 제조하는 방법은 나노임프린트 공정, 마이크로 몰딩, 사출성형 및 소프트 리소그래피 공정을 포함한다.
도 5c는 제조된 스탬프(14)위에 새로운 레진(16)을 코팅하는 단계를 보여준다. 상기 레진(16)을 코팅하는 단계는 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(Dip coating), 롤러코팅(Roller coating), 스프레이코팅(Spray coating) 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 또한, 이 경우 복제를 위해서 사용되는 레진(16)은 스탬프 제조과정에서 사용된 레진을 포함하며 이때는 디스펜서를 사용하지 않아도 되지 때문에 점도가 높은 물질을 도포할 수도 있다. 따라서 폴리다이메틸실록세인(Poly dimethyl siloxane)과 같은 투명물질 등이 별도의 담화(dilution) 공정 없이 직접적으로 사용될 수 있다.
도 5d는 열 또는 빛(가시광선 또는 자외선 등)에 의해서 경화(curing) 되는 공정을 도시한 것이며, 도 5e는 최초의 스탬프(14)로부터 경화된 레진(16)를 분리시키는 공정을 나타낸 것이다. 이 경우, 복제 과정에서 분리를 용이하게 하는 불화기(F)를 포함하는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 계통의 고분자나 소수성 금속 및 자기조립 단분자막이 표면처리물질로 사용될 수 있다.
도 5f는 이러한 공정을 거쳐 제조된 복제 몰드(18)를 도시한 것이다.
도 5g는 제조된 복제 몰드(18)위에 새로운 레진(20)을 코팅하는 단계를 보여준다. 상기 레진(20)을 코팅하는 단계 역시 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(Dip coating), 롤러코팅(Roller coating), 스프레이코팅(Spray coating) 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 또한, 이 경우에도 복제를 위해서 사용되는 레진(20)은 스탬프 제조과정에서 사용된 레진을 포함하며 이때는 디스펜서를 사용하지 않아도 되지 때문에 점도가 높은 물질을 도포할 수도 있다. 따라서 폴리다이메틸실록세인(Poly dimethyl siloxane)과 같은 투명물질 등이 별도의 담화(dilution) 공정 없이 직접적으로 사용될 수 있다
도 5h는 열 또는 빛(가시광선 또는 자외선 등)에 의해서 레진(20)이 경화(curing)되는 공정을 도시한 것이며, 도 5i는 제1 복제 몰드(18)로부터 경화된 레진(20)을 분리시키는 공정을 나타낸 것이다.이 경우에도, 복제 과정에서 분리를 용이하게 하는 불화기를 포함하는 테플론 계통의 고분자나 소수성 금속 및 자기조립 단분자막이 표면처리물질로 사용될 수 있다.
도 5j는 이러한 공정을 거쳐 제조된 2차 복제 몰드(22)를 도시한 것이다.
이러한 대면적의 스탬프 및 복제 몰드는 앞에서 기술한 바와 같이 임프린트 및 소프트 리소그래피의 마스터 및 스탬프로의 활용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 스탬프의 마이크로 렌즈로의 응용에 관한 개념도이다. 본 발명의 실시예에 의한 대면적 스탬프(14) 및 2차 복제 몰드(22)는 마이크로 렌즈 형태로 제조될 수 있으며, 스탬프 형상이 반구형의 마이크로 렌즈형상을 가질 경우에는 하나의 큰 마스터(24a, 24b)를 통과한 빛이 이 작은 렌즈를 통해서 지나갈 때 각각의 반구 형태의 렌즈가 광학적으로 빛을 모아주는 렌즈 역할을 해서 더 작은 형상의 작은 패턴들(26a, 26b)이 각각 렌즈 각각에 대응하 도록 제작될 수 있다. 이러한 방법은 프로젝션 리소그래피라 통칭되기도 한다.
표면요철 구조 및 렌즈 구조의 또 다른 응용의 하나는 FED, CRT, LCD, PDP, 및 OLED 등의 디스플레이용 휘도 향상을 위한 기능성구조로 사용될 수 있으며 또한 구형 및 반구형의 요철구조는 Ball spacer의 대용으로 사용될 수 있다. 한편 디스펜싱되는 액적이 균일한 크기의 입자들의 집합체로 구성될 경우, 그 구성 입자들의 크기에 따라서 빨강, 파랑, 녹색의 삼원색을 나타내는 광결정 디스플레이 소자로 활용하는 것도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 디스펜싱 방법에 의해서 대면적의 스탬프가 별다른 식각공정 없이 저가의 대량공정으로 쉽게 제조 될 수 있으며 이들은 복제 공정을 통하여 다양한 재질의 복제 몰드가 제조될 수 있다. 또한 액적 및 패턴의 형상이 표면성질과 열처리 등의 후처리 공정을 통하여 쉽게 조절이 가능하다는 장점이 있다.
이렇게 제조된 스탬프 및 복제 몰드는 임프린트 및 소프트 리소그래피용 스탬프로 사용이 가능하며 특히 이들은 기존의 방법으로는 한번에 공정이 힘든 대면적 패턴이 가능하기 때문에 대면적 디스플레이제작에 있어서휘도 향상을 위한 요철 구조와 기판사이의 균일한 간격 유지를 위한 Spacer로 사용이 가능하다.

Claims (12)

  1. 대면적의 패턴 복제를 위한 스탬프의 제조 방법에 있어서,
    디스펜서를 이용하여 기판에 액적을 패터닝하는 단계
    상기 액적에 열을 가하거나 빛을 조사(照査)하여 상기 패터닝된 액적을 경화(curing)하는 단계
    를 포함하는 대면적 스탬프의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액적을 유리전이온도 이상으로 가열하거나, 상기 기판의 친수성 또는 소수성표면처리에 의하여 상기 액적의 형상을 조절하는 단계를 더 포함하는 대면적 스탬프의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    건조 또는 기화(evaporation)에 의하여 상기 액적의 크기를 조절하는 단계를 더 포함하는 대면적 스탬프의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액적은 가열 또는 빛의 조사(照査)에 의하여 경화되는 고분자 물질로 이루어지는 대면적 스탬프의 제조방법.
  5. 대면적 스탬프를 이용한 복제 몰드의 제조 방법에 있어서,
    디스펜서를 이용하여 기판에 액적을 패터닝하는 단계
    상기 액적에 열을 가하거나 빛을 조사(照査)하여 상기 패터닝된 액적을 경화(curing)함으로써 스탬프를 제조하는 단계
    상기 스탬프에 레진을 코팅하는 단계
    상기 레진에 열을 가하거나 빛을 조사(照査)하여 상기 코팅된 레진을 경화(curing)하는 단계
    상기 경화된 레진으로 형성되는 복제 몰드를 상기 스탬프로부터 분리하는 단계
    를 포함하는 복제 몰드의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액적을 유리전이온도 이상으로 가열하거나, 상기 기판의 친수성 또는 소수성표면처리에 의하여 상기 액적의 형상을 조절하는 단계를 더 포함하는 복제 몰드의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    건조 또는 기화(evaporation)에 의하여 상기 액적의 크기를 조절하는 단계를 더 포함하는 복제 몰드의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 액적은 열 또는 빛의 조사(照査)에 의하여 경화되는 고분자 물질로 이루어지는 복제 몰드의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 복제 몰드에 레진을 코팅하는 단계
    상기 레진에 열을 가하거나 빛을 조사(照査)하여 상기 코팅된 레진을 경화(curing)하는 단계
    상기 경화된 레진으로 형성되는 2차 복제 몰드를 상기 복제 몰드로부터 분리하는 단계
    를 더 포함하는 복제 몰드의 제조방법.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레진은 광투과성 물질인 복제 몰드의 제조방법.
  11. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레진을 코팅하는 단계는 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(Dip coating), 롤러코팅(Roller coating), 스프레이코팅(Spray coating) 중에서 선택된어느 한 방식으로 코팅하는 복제 몰드의 제조방법.
  12. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    불화기(F)를 포함하는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 계통의 고분자, 소수성 금속, 자기조립 단분자막을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 소재를 상기 레진의 분리를 용이하게 하기 위한 표면처리물질로 사용하는 복제 몰드의 제조 방법.
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