KR101298410B1 - high speed roll-to-roll hot embossing apparatus and process using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치, 이를 이용한 핫 엠보싱 공정, 및 상기 핫 엠보싱 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 핫 엠보싱 기술에서 냉각 공정 및 기능성 박막 코팅 공정을 단축시킬 수 있는 고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치, 이를 이용한 핫 엠보싱 공정, 및 상기 핫 엠보싱 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-speed roll-to-roll hot embossing apparatus, a hot embossing process using the same, and a method of forming a nano pattern comprising the hot embossing process. More specifically, the present invention includes a high-speed roll-to-roll hot embossing apparatus capable of shortening a cooling process and a functional thin film coating process in a hot embossing technology, a hot embossing process using the same, and the hot embossing process. It relates to a nano-pattern forming method.

Description

고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치 및 이를 이용한 공정{high speed roll-to-roll hot embossing apparatus and process using the same}High speed roll-to-roll hot embossing apparatus and process using the same

본 발명은 임프린트 리소그래피의 생산성 향상을 위한 방법 중 하나인, 롤-투-롤 핫 엠보싱 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a roll-to-roll hot embossing process, which is one of the methods for improving the productivity of imprint lithography.

핫 엠보싱(hot embossing) 기술은 일반적인 패턴 형성 기술에서 사용되고 있는 노광 또는 식각 공정을 거치지 않고 패턴을 복제하는 기술이다. 이 기술은 기존의 광학적 패턴 형성 기술이 아닌 접촉식 패턴 형성 기술로서, 광원에 의한 최소 선폭의 한계가 없기 때문에 최소 패턴 크기의 제한이 없다는 점에서 주목을 받고 있다. 핫 엠보싱 기술을 구체적으로 설명하면, 폴리머 층이 코팅되어 있는 기판이나 폴리머 기판을 폴리머의 유리전이온도 이상으로 가열한 후, 패턴이 형성되어 있는 마스터 스탬프를 이용하여 원하는 기판 위에 접촉 및 가압함으로써 스탬프 위의 패턴을 각인 또는 전사하는 방법이다. 마스터 스탬프에 의해 폴리머의 형태가 변형되고 일정 시간 이후 폴리머의 온도를 유리전이온도 이하로 내림으로써 폴리머의 경화에 의하여 스탬프의 패턴이 복제되는 것이다.Hot embossing technology is a technique of duplicating a pattern without going through an exposure or etching process used in a general pattern forming technique. This technique is attracting attention in that there is no limit of the minimum pattern size because there is no limit of the minimum line width by the light source as a contact pattern forming technique, rather than a conventional optical pattern forming technique. Specifically, the hot embossing technique is described by heating a substrate or a polymer substrate coated with a polymer layer above the glass transition temperature of the polymer and then contacting and pressing the desired substrate using a master stamp having a pattern formed thereon. It is a method of imprinting or transferring the pattern. The shape of the polymer is deformed by the master stamp and the pattern of the stamp is replicated by curing of the polymer by lowering the temperature of the polymer below the glass transition temperature after a certain time.

핫 엠보싱 기술은 이와 같이 비교적 빠르고 간단하게 대면적의 폴리머 나노 구조물을 정밀하고 정확하게 형성할 수가 있다는 장점을 가지고 있으며, 이는 광소자 또는 바이오 소자 등의 복잡한 폴리머 패턴이 필요한 분야에 응용이 가능하다. 이러한 핫 엠보싱 리소그래피 공정을 바탕으로 연속적인 공정과정의 장점을 더한 기술이 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 기술이다.Hot embossing technology has the advantage that it is possible to precisely and accurately form large-area polymer nanostructures relatively quickly and simply, which can be applied to applications requiring complex polymer patterns such as optical devices or bio devices. Based on this hot embossing lithography process, a technology that adds the advantages of a continuous process is roll-to-roll hot embossing technology.

롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 기술은, 대면적의 나노 구조물을 연속적으로 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 핫 엠보싱 공정 과정의 기술적인 한계로 인하여 가압 공정을 거친 후, 폴리머 기판에 형성된 패턴의 형태를 유지시키기 위한 냉각 공정에 일정한 시간을 필요로 한다는 제한이 있다. 또한, 제작된 폴리머 패턴을 다양한 소자에 응용하기 위해서는 기능성 박막 코팅 공정을 거쳐야 하는데, 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 공정 과정으로 제작된 폴리머 기판을 응용하려면 추가 공정과 시간이 요구된다는 제한이 있다.Roll-to-roll hot embossing technology has the advantage of being able to continuously mass-produce large area nanostructures. However, due to the technical limitation of the hot embossing process, there is a limitation that a cooling process for maintaining the shape of the pattern formed on the polymer substrate requires a certain time after the pressing process. In addition, in order to apply the fabricated polymer pattern to various devices, a functional thin film coating process is required, and a roll-to-roll hot embossing process requires an additional process and time. There is a limitation.

본 발명의 하나의 목적은 기존의 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 공정에서 냉각 공정 및 기능성 박막 코팅 공정을 단축시킬 수 있는 고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a high-speed roll-to-roll hot embossing apparatus that can shorten the cooling process and the functional thin film coating process in the existing roll-to-roll hot embossing process. .

본 발명의 다른 목적은 상기 핫 엠보싱 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정을 제공하고, 또한 상기 핫 엠보싱 공정을 포함하는 나노 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hot embossing process using the hot embossing apparatus, and also to provide a method of forming a nano pattern including the hot embossing process.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,

a) 한쪽 면에 기능성 물질이 코팅되어 있는 기판;a) a substrate coated with a functional material on one side;

b) 상기 a)의 기판의 기능성 물질이 코팅되어 있는 면과 접촉되어 있는 롤;b) a roll in contact with the side on which the functional material of the substrate of a) is coated;

c) 상기 b)의 롤 하부에 위치하는 고분자 기판; 및c) a polymer substrate positioned below the roll of b); And

d) 상기 b)의 롤과 상기 c)의 고분자 기판 사이에 위치하고 상기 b)의 롤과 접촉되어 있으며, 나노 패턴이 형성되어 있는 롤을 포함하는 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 제공한다.d) a roll-to-roll hot embossing device comprising a roll between the roll of b) and the polymer substrate of c) and in contact with the roll of b), the roll having a nanopattern formed thereon.

또한, 본 발명은 In addition,

a) 기능성 물질이 입혀져 있고 나노 패턴이 형성되어 있는 롤을 고분자 기판에 접촉시킨 후 가압하고, 상기 고분자의 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및a) contacting and then pressing a roll coated with a functional material and having a nanopattern formed thereon with a polymer substrate, and heating the glass to a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer; And

b) 상기 나노 패턴이 형성되어 있는 롤과 고분자 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, b) separating the roll and the polymer substrate on which the nanopattern is formed,

상기 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정을 제공한다.It provides a hot embossing process using the roll-to-roll hot embossing apparatus.

또한, 본 발명은 상기 핫 엠보싱 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of forming a nano pattern comprising the hot embossing process.

본 발명의 핫 엠보싱 장치를 나노 패턴 형성 방법의 핫 엠보싱 공정에 사용하면, 기존의 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 공정에서 필수 단계인 고분자 기판의 냉각 공정 및 기능성 박막 코팅 공정을 단축시킬 수 있어 공정시간이 최대 100배까지 단축되어 비용을 절감하고, 단시간 내에 나노 패턴을 연속적으로 대량 생산할 수 있는 등의 장점이 있다.When the hot embossing apparatus of the present invention is used in the hot embossing process of the nano-pattern forming method, the cooling process and the functional thin film coating process of the polymer substrate, which is an essential step in the conventional roll-to-roll hot embossing process The process time can be shortened by up to 100 times to reduce costs, and it is possible to continuously mass-produce nanopatterns in a short time.

도 1은 기존의 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 기존의 핫 엠보싱 공정 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 엠보싱 공정 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치의 각 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
1 shows a conventional roll-to-roll hot embossing apparatus.
Figure 2 shows a high speed roll-to-roll hot embossing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a conventional hot embossing process.
4 illustrates a hot embossing process according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of each part of the high speed roll-to-roll hot embossing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속 롤-투-롤 핫엠보싱 장치, 상기 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정, 및 상기 핫 엠보싱 공정을 포함하는 나노 패턴 형성방법을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a high-speed roll-to-roll hot embossing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, a hot embossing process using the apparatus, and a nano-pattern forming method comprising the hot embossing process in detail Let's explain.

본 발명은 고속의 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 장치 및 이를 이용한 공정에 관한 것으로, 기존 임프린트 리소그래피의 생산성 향상을 위한 방법 중 하나인 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 기술을 보완한 방법이다.The present invention relates to a high-speed roll-to-roll hot embossing apparatus and a process using the same, which is one of the methods for improving productivity of conventional imprint lithography. roll) A complementary method to hot embossing technology.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 나타낸 것이며, 도 5는 이를 보다 확대하여 나타낸 것이다. Figure 2 shows a high speed roll-to-roll hot embossing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is an enlarged view of this.

본 발명의 일 실시예에 따른 핫 엠보싱 장치는, a) 한쪽 면에 기능성 물질이 코팅되어 있는 기판; b) 상기 a)의 기판의 기능성 물질이 코팅되어 있는 면과 접촉되어 있는 롤; c) 상기 b)의 롤 하부에 위치하는 고분자 기판; 및 d) 상기 b)의 롤과 상기 c)의 고분자 기판 사이에 위치하고 상기 b)의 롤과 접촉되어 있으며, 나노 패턴이 형성되어 있는 롤을 포함하는 것을 특징으로 한다.Hot embossing apparatus according to an embodiment of the present invention, a) a substrate coated with a functional material on one side; b) a roll in contact with the side on which the functional material of the substrate of a) is coated; c) a polymer substrate positioned below the roll of b); And d) a roll located between the roll of b) and the polymer substrate of c) and in contact with the roll of b), wherein the roll has a nano-pattern formed thereon.

또한, 상기 핫 엠보싱 장치는 상기 a)의 기판의 상부에 위치하여, 기판의 진행 및 가압을 하기 위한 롤을 추가로 더 포함할 수 있다.In addition, the hot embossing apparatus may further include a roll located on the substrate of the a), for advancing and pressing the substrate.

또한, 상기 핫 엠보싱 장치는 상기 c)의 고분자 기판의 하부에 위치하여, 기판의 진행을 하기 위한 롤을 추가로 더 포함할 수 있다.In addition, the hot embossing device may be further located on the lower portion of the polymer substrate of c), further comprising a roll for advancing the substrate.

본 발명에 따른 핫 엠보싱 장치를 나노 패턴 형성 방법에서 핫 엠보싱 공정에 사용하면, 기존의 롤-투-롤(roll-to-roll) 핫 엠보싱 공정에서 필수 단계인 고분자 기판의 냉각 공정 및 기능성 박막 코팅 공정을 단축시킬 수 있어, 공정시간 단축, 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다. When the hot embossing apparatus according to the present invention is used for the hot embossing process in the nanopattern forming method, the cooling process and the functional thin film coating of the polymer substrate, which is an essential step in the conventional roll-to-roll hot embossing process Since the process can be shortened, the process time can be shortened and the cost can be reduced.

도 1은 기존의 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 나타낸 것이고, 도 3는 기존의 핫 엠보싱 공정 과정을 나타낸 것이다. 1 illustrates a conventional roll-to-roll hot embossing apparatus, and FIG. 3 illustrates a conventional hot embossing process.

나노 패턴을 형성하는 방법에 있어서 기존의 핫 엠보싱 공정을 따르는 경우에는, ⅰ)고분자 기판(폴리머 필름 등)에 패턴을 형성하기 위하여 고분자 기판에 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 스탬프를 접촉시킨 후 가압하고, 상기 고분자의 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도로 가열하는 단계, 및 ⅱ)온도를 상기 고분자 기판의 유리전이온도(Tg)보다 낮은 온도로 낮추고, 상기 마스터 스탬프와 고분자 기판을 분리하는 단계가 필요하다 (도 1 및 도 3).In the method of forming a nanopattern, when the conventional hot embossing process is followed, i) contacting and pressing the master stamp having the nanopattern formed on the polymer substrate to form a pattern on the polymer substrate (polymer film, etc.). Heating to a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer, and ii) lowering the temperature to a temperature lower than the glass transition temperature (Tg) of the polymer substrate, and separating the master stamp and the polymer substrate. Required (FIGS. 1 and 3).

또한, 상기 고분자 기판에 형성된 나노 패턴을 다양한 분야에 응용하기 위해서는 기능성 박막을 코팅하는 추가 공정이 필요하게 되는데, 이러한 추가 공정으로 인하여 전체 공정 시간이 길어지게 된다.In addition, in order to apply the nano-pattern formed on the polymer substrate in various fields, an additional process of coating a functional thin film is required, and the additional process lengthens the overall process time.

본 발명에 따른 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 나노 패턴을 형성하는 방법에 사용하게 되면, 상기 냉각 공정 및 기능성 박막 코팅 공정을 줄일 수 있어, 전체 공정시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻게 된다. 즉, 본 발명의 기술적 특징은 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 몰드인 롤(roll)에 기능성 물질 코팅 박막을 입힌 후에 공정을 진행함으로써, 패턴 형성을 하기 위하여 가압을 한 후 별도의 냉각 공정을 거치지 않고도 기능성 물질 코팅 박막이 입혀진 고분자 기판을 제조할 수 있게 되어 공정시간을 단축시킬 수 있다는 것이다.
When the roll-to-roll hot embossing apparatus according to the present invention is used in a method of forming a nano pattern, the cooling process and the functional thin film coating process can be reduced, thereby reducing the overall processing time. That is, the technical feature of the present invention is to proceed with the process after coating the functional material coating thin film on the roll (roll), which is a master mold in which the nano-pattern is formed, without pressing a separate cooling process after pressing to form the pattern It is possible to manufacture a polymer substrate coated with a functional material coating thin film, thereby reducing the process time.

상기 기능성 물질로는 DLC(Diamond-like Carbon), 플러렌(Fullerene), ITO, TiO2, Ag 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.As the functional material, DLC (Diamond-like Carbon), fullerene (Fullerene), ITO, TiO 2 , Ag, etc. may be used, but is not limited thereto.

상기 고분자 기판에서, 고분자로는 PC(polycarbonatee), PMMA(polymethylmethacrylate), PVC(poly vinyl chloride), PE(polyethylene) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the polymer substrate, the polymer may be polycarbonatee (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), or the like, but is not limited thereto.

상기 기판으로는 유리, 투명 고분자 등을 사용할 수 있으며, 비평면 기판에 까지 확대 적용될 수 있다. 상기 투명 고분자로는 PC(polycarbonatee), PMMA(polymethylmethacrylate), PVC(poly vinyl chloride), PE(polyethylene) 등 다양한 종류의 열가소성 고분자를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
The substrate may be glass, transparent polymer, or the like, and may be extended to a non-planar substrate. As the transparent polymer, various kinds of thermoplastic polymers such as polycarbonatee (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), and polyethylene (PE) may be used, but are not limited thereto.

상기 b)의 롤은 상기 기능성 물질이 코팅되어 있는 기판의 면과 접촉되어 있으므로, 상기 b)의 롤이 회전하면서 상기 롤의 표면에 기능성 물질이 연속적으로 입혀지게 된다.Since the roll of b) is in contact with the surface of the substrate on which the functional material is coated, the roll of b) rotates so that the functional material is continuously coated on the surface of the roll.

또한, 상기 d)의 나노 패턴이 형성되어 있는 롤은 상기 기능성 물질이 입혀져 있는 b)의 롤과 접촉되어 있으며, 상기 b)의 롤과 d)의 롤이 반대방향으로 회전하면서 d)의 롤에 기능성 물질이 코팅되게 된다. In addition, the roll in which the nanopattern of d) is formed is in contact with the roll of b) on which the functional material is coated. The functional material will be coated.

상기 b)의 롤의 회전 속도는 8 m/min 내지 30m/min일 수 있고, 10m/min 내지 15m/min인 것이 더 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 상기 회전 속도는, 사용되는 기능성 물질의 종류 및 패턴이 형성되는 폴리머 물질에 따라서 변할 수가 있기 때문이다. 예를 들어, 상대적으로 적은 유리전이온도(Tg)를 가지는 폴리머의 경우 15m/min 이상의 속도로 할 수 있다. The rotational speed of the roll of b) may be 8 m / min to 30 m / min, more preferably 10 m / min to 15 m / min, but is not necessarily limited thereto. This is because the rotation speed may vary depending on the kind of functional material used and the polymer material on which the pattern is formed. For example, a polymer having a relatively low glass transition temperature (Tg) may be at a speed of 15 m / min or more.

상기 d)의 롤의 회전 속도는 8 m/min 내지 30m/min일 수 있고, 10m/min 내지 15m/min인 것이 더 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 상기 회전 속도는, 사용되는 기능성 물질의 종류 및 패턴이 형성되는 폴리머 물질에 따라서 변할 수가 있기 때문이다. 예를 들어, 상대적으로 적은 유리전이온도(Tg)를 가지는 폴리머의 경우 15m/min 이상의 속도로 할 수 있다.The rotational speed of the roll of d) may be 8 m / min to 30 m / min, more preferably 10 m / min to 15 m / min, but is not necessarily limited thereto. This is because the rotation speed may vary depending on the kind of functional material used and the polymer material on which the pattern is formed. For example, a polymer having a relatively low glass transition temperature (Tg) may be at a speed of 15 m / min or more.

상기 a)의 기판의 상부에 위치하며, 상기 기판을 진행시키고 및 기판에 압력을가하기 위하여 추가로 사용되는 롤은, 상기 b)의 롤과 반대 방향으로 회전을 한다.Located on top of the substrate of a), the roll further used to advance the substrate and pressurize the substrate rotates in the opposite direction to the roll of b).

상기 c)의 고분자 기판의 하부에 위치하며, 상기 기판을 진행시키기 위하여 추가로 사용되는 롤은, 상기 d)의 롤과 반대 방향으로 회전을 한다.
Located in the lower portion of the polymer substrate of c), the roll further used to advance the substrate, rotates in the opposite direction to the roll of d).

상기 a)의 기판의 상부에 위치하는 롤의 압력은 3atm 내지 15 atm일 수 있고, 5atm 내지 10atm인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 사용되는 코팅 물질에 따라서 보다 낮은 압력도 가능하다. The pressure of the roll located above the substrate of a) may be 3 atm to 15 atm, preferably 5 to 10 atm, but is not necessarily limited thereto. Lower pressures are possible, depending on the coating material used.

상기 c)의 고분자 기판의 상부에 위치하는 롤의 압력은 3atm 내지 15 atm일 수 있고, 5atm 내지 10atm인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 사용되는 폴리머 물질 및 코팅 물질에 따라서 보다 낮은 압력도 가능하다.The pressure of the roll located above the polymer substrate of c) may be 3 atm to 15 atm, preferably 5 to 10 atm, but is not necessarily limited thereto. Lower pressures are also possible depending on the polymeric material and coating material used.

상기 b)의 롤, d)의 롤은 압력을 가할 수 있는 정도의 크기로서, 동일한 크기인 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
The roll of b) and the roll of d) are about the same size as the pressure can be applied, but are preferably the same size, but are not limited thereto.

본 발명에 따른 상기 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 나노패턴 형성 방법 중 핫엠보싱 공정에 이용하게 되면, 기존의 롤-투-롤 핫 엠보싱 공정에서 필수 단계로 하고 있는 고분자 기판의 냉각 공정 및 기능성 박막 코팅 공정을 필요로 하지 않게 되므로, 전체 공정 시간을 최대 100배까지 단축시킬 수 있다. 따라서, 비용이 절감되며, 단시간 내에 나노 패턴을 연속적으로 대량 생산할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다.
When the roll-to-roll hot embossing apparatus according to the present invention is used in a hot embossing process of the nanopattern forming method, the cooling process and the functionality of the polymer substrate which are an essential step in the conventional roll-to-roll hot embossing process By eliminating the need for a thin film coating process, the overall process time can be reduced by up to 100 times. Therefore, the cost is reduced, and the effect of being able to continuously mass-produce the nanopattern in a short time can be obtained.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정을 제공한다.The present invention also provides a hot embossing process using the roll-to-roll hot embossing apparatus according to the present invention.

보다 상세하게 설명하면, 본 발명은 a) 기능성 물질이 입혀져 있고 나노 패턴이 형성되어 있는 롤을 고분자 기판에 접촉시킨 후 가압하고, 상기 고분자의 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및 b) 상기 나노 패턴이 형성되어 있는 롤과 고분자 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정을 제공한다.In more detail, the present invention comprises the steps of a) contacting a polymer substrate coated with a functional material and a nano-pattern is formed and then pressurized, and heated to a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer; And b) separating the roll and the polymer substrate having the nanopattern formed thereon, to provide a hot embossing process using the roll-to-roll hot embossing apparatus.

상기 기능성 물질로는 DLC(Diamond-like Carbon), 플러렌(Fullerene), ITO, TiO2, Ag 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.As the functional material, DLC (Diamond-like Carbon), fullerene (Fullerene), ITO, TiO 2 , Ag, etc. may be used, but is not limited thereto.

상기 고분자 기판에서, 고분자로는 PC(polycarbonatee), PMMA(polymethylmethacrylate), PVC(poly vinyl chloride), PE(polyethylene) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
In the polymer substrate, the polymer may be polycarbonatee (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), or the like, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 핫 엠보싱 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정을 따르는 것을 제외하고는, 나머지 공정은 일반적으로 사용되는 나노 패턴 형성 방법을 따른다.
In addition, the present invention provides a method of forming a nano pattern comprising the hot embossing process. Except for following the hot embossing process using the roll-to-roll hot embossing apparatus according to the present invention, the remaining process follows the commonly used nanopattern forming method.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 나노 패턴 형성방법에 따라 형성된 나노 패턴을 이용한 광학 소자를 제공할 수 있다. 상기 광학 소자로는 도광판, 확산필름, 프리즘 시트, 핸드폰 액정보호필름 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide an optical device using a nano-pattern formed according to the nano-pattern forming method. The optical device may include a light guide plate, a diffusion film, a prism sheet, and a mobile phone LCD protective film, but is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1Example 1

핫 엠보싱 공정이 평면 기판뿐 아니라 곡면 기판에도 가능하다는 것을 확인함으로써 본 발명에서 사용된 롤-투-롤 공정시 충분히 실현 가능하다는 것을 보여줄 수 있으며, 상기 공정은 5 atm의 압력으로 패터닝 공정이 진행되었으며, 5m/min의 속도로 진행되었다. 이에 관한 패턴 전사에 대하여, 하기 도 6에 나타내었다.
By confirming that the hot embossing process is possible not only for flat substrates but also for curved substrates, it can be shown that the roll-to-roll process used in the present invention is sufficiently feasible, and the process was performed at a pressure of 5 atm. , 5 m / min. The pattern transfer relating to this is shown in FIG. 6.

비교예 1Comparative Example 1

종래의 롤-투-롤 공정을 연구하고 있는 대표 그룹들은 본 발명에서와 같이 기능성 박막 물질이 자동 코팅되는 방법이 아닌 전통적으로 사용되고 있던 롤-투-롤 공정을 사용하고 있다. 이로 인하여 공정 속도가 느리거나 패턴 사이즈가 크게 되는 문제점이 발생하였다.Representative groups studying conventional roll-to-roll processes use the traditional roll-to-roll process rather than the automatic coating of functional thin film materials as in the present invention. This causes a problem that the process speed is slow or the pattern size is large.

A
(VTT)
A
(VTT)
B
(Michigan university)
B
(Michigan university)
처리량
(Throughput)
Throughput
(Throughput)
0.5 m/min0.5 m / min 1 m/min1 m / min
패턴 크기
(Pattern size)
Pattern size
(Pattern size)
250nm250 nm 300nm300 nm

상기 A의 경우는 VTT사에서 사용하는 공정에 관한 것으로서, 기존의 롤-투-롤 공정을 이용한 방법으로 250 nm 크기의 패턴을 0.5 m/min의 속도로 제작하고 있다. VTT 사의 기술은 핫 엠보싱을 이용한 양면 패터닝 기술로, 이에 관하여 도 7의 (a), (b)에 도시하였다. 즉, 두 단계에 거쳐 패턴을 형성하는 방법과 동시에 양면 패턴을 형성하는 기술이 있는데, 두 가지 기술 모두 기능성 박막 코팅 공정을 포함하고 있지 않아, 박막 형성 시 추가 증착 공정이 요구된다 (Japanese Journal of Applied Physics Vol. 47, No. 6, 2008, pp. 5142-144).In the case of A relates to a process used by VTT, a 250 nm size pattern is manufactured at a speed of 0.5 m / min by a method using a conventional roll-to-roll process. VTT's technology is a double-sided patterning technique using hot embossing, which is illustrated in FIGS. 7A and 7B. That is, there is a technique of forming a double-sided pattern simultaneously with a method of forming a pattern in two steps. Both techniques do not include a functional thin film coating process, and thus an additional deposition process is required when forming a thin film (Japanese Journal of Applied Physics Vol. 47, No. 6, 2008, pp. 5142-144).

상기 B의 경우는 미시간 대학에서 사용하는 공정에 관한 것으로서, 기존의 롤-투-롤 나노 임프린트 리소그래피 기술을 이용한 방법으로, 300 nm 크기의 패턴을 1 m/min의 속도로 제작하고 있다. 이에 관하여 도 8에 나타내었다. In case of B, the process is used at the University of Michigan, and a 300 nm pattern is manufactured at a speed of 1 m / min by a method using a conventional roll-to-roll nanoimprint lithography technique. This is illustrated in FIG. 8.

미시간 대학의 기술의 경우에는, UV 또는 열에 경화되는 폴리머 레진 층을 이용하여 패턴 형성하며 금속 증착 공정이 포함된다. 그러나 상기 기술은 기판 폴리머 자체에 패턴을 형성하는 핫 엠보싱 기술이 아닌, 폴리머 레진 층을 이용한 패터닝 기술이며, 후속 금속 증착 공정에서 아래 그림에서 보여지는 것과 같이 패턴의 표면에 고르게 금속 물질이 코팅되지 않는다는 단점이 있다. In the case of the University of Michigan's technology, patterning is performed using a layer of polymer resin that is cured to UV or heat and a metal deposition process is included. However, this technique is not a hot embossing technique that forms a pattern on the substrate polymer itself, but a patterning technique using a polymer resin layer, and in the subsequent metal deposition process, the metal surface is not evenly coated on the surface of the pattern as shown in the figure below. There are disadvantages.

반면, 본 특허에서 제안하는 기술은, 롤-투-롤 핫 엠보싱의 패터닝에 이용되는 롤에 직접 기능성 물질을 입혀 엠보싱과 동시에 기능성 물질을 코팅하므로, 패턴 표면에 고르게 기능성 물질이 코팅된다는 장점이 있다 (Adv. Mater. 2008, 20, 2044-049).
On the other hand, the technique proposed in this patent has a merit that the functional material is coated on the surface of the pattern evenly by applying the functional material directly on the roll used for patterning the roll-to-roll hot embossing and simultaneously embossing the coating. (Adv. Mater. 2008, 20, 2044-049).

Claims (9)

a) 한쪽 면에 기능성 물질이 코팅되어 있는 기판;
b) 상기 a)의 기판의 기능성 물질이 코팅되어 있는 면과 접촉되어 있는 롤;
c) 상기 b)의 롤 하부에 위치하는 고분자 기판; 및
d) 상기 b)의 롤과 상기 c)의 고분자 기판 사이에 위치하고 상기 b)의 롤과 접촉되어 있으며, 나노 패턴이 형성되어 있는 롤
을 포함하는 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치.
a) a substrate coated with a functional material on one side;
b) a roll in contact with the side on which the functional material of the substrate of a) is coated;
c) a polymer substrate positioned below the roll of b); And
d) a roll located between the roll of b) and the polymer substrate of c) and in contact with the roll of b), the roll having a nano pattern formed thereon;
Roll-to-roll hot embossing apparatus comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 a)의 기판의 상부에 위치하여, 기판의 진행 및 가압을 하기 위한 롤을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치.
The method according to claim 1,
A roll-to-roll hot embossing apparatus, further comprising: a roll located above the substrate of a) for advancing and pressurizing the substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 c)의 고분자 기판의 하부에 위치하여, 고분자 기판을 진행시키기 위한 롤을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치.
The method according to claim 1,
A roll-to-roll hot embossing apparatus, further comprising: a roll positioned under the polymer substrate of c) to advance the polymer substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 기능성 물질은 DLC(Diamond-like Carbon), 플러렌(Fullerene), ITO, TiO2 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치.
The method according to claim 1,
The functional material is roll-to-roll hot embossing apparatus, characterized in that selected from the group consisting of diamond-like carbon (DLC), fullerene (IT), ITO, TiO 2 and Ag.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 기판에서, 고분자는 PC(polycarbonatee), PMMA(polymethylmethacrylate), PVC(poly vinyl chloride) 및 PE(polyethylene)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치.
The method according to claim 1,
In the polymer substrate, the polymer is a roll-to-roll hot embossing apparatus, characterized in that selected from the group consisting of polycarbonatee (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), poly vinyl chloride (PVC) and polyethylene (PE).
a) 기능성 물질이 입혀져 있고 나노 패턴이 형성되어 있는 롤을 고분자 기판에 접촉시킨 후 가압하고, 상기 고분자의 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및
b) 상기 나노 패턴이 형성되어 있는 롤과 고분자 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 롤-투-롤 핫 엠보싱 장치를 이용한 핫 엠보싱 공정.
a) contacting and then pressing a roll coated with a functional material and having a nanopattern formed thereon with a polymer substrate, and heating the glass to a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer; And
b) separating the roll and the polymer substrate on which the nanopattern is formed,
Hot embossing process using a roll-to-roll hot embossing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
청구항 6에 있어서,
상기 기능성 물질은 DLC(Diamond-like Carbon), 플러렌(Fullerene), ITO, TiO2 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 핫 엠보싱 공정.
The method of claim 6,
The functional material is hot embossing process, characterized in that selected from the group consisting of diamond-like carbon (DLC), fullerene (Fullerene), ITO, TiO 2 and Ag.
청구항 6에 있어서,
상기 고분자 기판에서, 고분자는 PC(polycarbonatee), PMMA(polymethylmethacrylate), PVC(poly vinyl chloride) 및 PE(polyethylene)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 핫 엠보싱 공정.
The method of claim 6,
In the polymer substrate, the polymer is selected from the group consisting of polycarbonatee (PC), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC) and polyethylene (PE), hot embossing process.
청구항 6에 따른 핫 엠보싱 공정을 포함하는 나노 패턴 형성 방법.
Nano pattern forming method comprising a hot embossing process according to claim 6.
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