KR101780729B1

KR101780729B1 - 대면적 유연 몰드 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101780729B1
Application number: KR1020150136501A
Authority: KR
Inventors: 곽문규; 박춘만
Original assignee: 주식회사 삼진; 주식회사 엔코어테크놀로지; 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-09-21
Also published as: KR20170037226A

Abstract

본 발명은 대면적 유연 몰드의 제조방법으로서, a) 기판 상에 제1 경화성 물질을 제공하는 단계; b) 상기 제1 경화성 물질을 마스터 몰드로 스템핑하는 단계; c) 상기 스템핑된 제1 경화성 물질을 경화시켜 제1 유연 몰드를 제조하는 단계; d) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 일정 거리 이격하여 제2 경화성 물질을 제공하는 단계; e) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 500 nm 이하로 겹치면서 제2 경화성 물질을 덮도록 마스터 몰드를 위치시키는 단계; f) 상기 마스터 몰드를 롤러로 가압하는 단계; 및 g) 상기 마스터 몰드를 제거하고 상기 제2 경화성 물질을 경화시켜 제2 유연 몰드를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 제2 경화성 물질은 평형 확장 계수(S_eq)가 음수이다.

Description

대면적 유연 몰드 및 이의 제조방법{LARGE-AREA FLEXIBLE MOLD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 대면적 유연 몰드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 시각적 관용성을 가진 타일링 기법으로 대면적 유연 몰드를 제조하는 것에 관한 것이다.

다양한 분야에서 마이크로/나노 구조에 대한 수요가 증가하고 있으며, 따라서 이러한 구조의 확장성(scalability)을 위한 새로운 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 예를 들면, 대면적, 높은 속도의 마이크로/나노 패터닝을 원하는 롤투롤(R2R) 나노임프린팅(NIL)은 이러한 기술개발이 필요한 주요한 분야이다. 대면적의 나노임프린팅 몰드 제작의 어려움으로 인해, 롤투롤 나노임프린팅 몰드는 작은 몰드를 여러개 이어서 사용하는 등 사용에 제한이 있다. 하지만, 이런 방식은 기계부품의 집중 응력 발생, 유체 제품에서의 테이핑, 연속생산 제품에서의 접촉 문제 등을 유발할 수 있다.

특히 디스플레이 제품에서 눈에 보이는 경계선은 제품의 시각적인 성능을 심각하게 손상시키므로 반드시 개선되어야한다. 구체적인 예로, 편광판은 LCD 제품의 필수 요소인데, 기존의 요오드 염착 필름기반의 편광판은 빛을 흡수하고 LCD의 밝기를 저해하기 때문에 이를 대체하기 위한 기술이 필요하다. 금속 격자 편광판은 전송되지 않은 빛을 반사시키고 재전송시켜 LCD의 밝기를 향상시켜줄 수 있으므로, 좋은 대안이 될 수 있다. 금속 격자 편광판의 제작은 E-beam 리소그래피, 레이져 간섭 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 전사 리소그래피 등 다양한 방법으로 개발이 이루어져 왔고, 몇 가지 방법은 산업계의 상업화가 이루어졌다. 한 예로, 투명한 나노 격자의 옆면을 기울여 금속을 증착하는 방식은 좋은 결과로 이어졌다. 하지만 제작방법들의 대부분은 아직 대면적 금속 격자 편광판 제작에 있어 어려움이 있다.

그럼에도 불구하고 이어붙이기(stitching)나 스테핑(stepping) 방법은 금속 격자 편광판제작에 여전히 쓰이고 있지만, 경계선(stitching line)을 맨눈으로 쉽게 찾아볼 수 있어 실용적인 적용을 위한 요구를 충족시키지 못하고 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "심(seam)"이란, 타일링 시 두 개 이상의 가장자리로 만들어지는 선이나 단차를 의미한다. 스템핑 과정 동안에, 대면적 패턴 제작을 위해서는 두 개 혹은 그 이상의 불연속적인 패턴이 사용되어야 하기 때문에 심 라인이 형성된다. 일반적인 스템핑 장비의 최소 심 라인은 대략 10 내지 100 마이크로 미터 발생한다. 이러한 심 라인의 감소를 위해서는 정밀한 스테이지 이동과 정교한 프리폴리머 공급양 조절이 필요한데, 정밀제어기술스테이지 조절얼라이먼트 기술의 발달은 나노 스케일 이하로 가능하게 하였다. 하지만, 몰딩 후에 이루어지는 프리폴리머의 공급과 스퀴징(squeezing)은 액체인 레진이 불규칙하게 퍼지기 때문에 쉽게 제어하지 못하는 실정이다.

대면적 몰드 제작은 롤투롤 나노임프린트 분야에서 가장 어려운 일 중 하나이고, 대면적 몰드의 심 라인(타일링한 몰드 사이의 경계선)을 없애는 일은 더욱 어렵다. 본 발명자는 경계선이 없는 마이크로/나노 패턴의 대면적 제작을 위해 시각적으로 관용성을 갖는 타일링 기법(VTT)과 그 적용방안을 연구하여, VTT 방식을 이용하여 마이크로/나노 구조를 갖는 작은 몰드(심 라인이 없는)로부터 같은 특성을 가지며 넓은 면적의 몰드를 제작할 수 있었다. 또한, 제작된 대면적의 몰드는 롤투롤 임프린팅 방식에 유연 몰드로 사용되었다. VTT 방식을 이용한 대면적 금속 격자 편광판(metal wire grid polarizers)과 마이크로 프리즘 시트 제작을 통해, 적용 가능성을 확인하였다.

본 발명은 대면적 유연 몰드의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 a) 기판 상에 제1 경화성 물질을 제공하는 단계; b) 상기 제1 경화성 물질을 마스터 몰드로 스템핑하는 단계; c) 상기 스템핑된 제1 경화성 물질을 경화시켜 제1 유연 몰드를 제조하는 단계; d) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 일정 거리 이격하여 제2 경화성 물질을 제공하는 단계; e) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 500 nm 이하로 겹치면서 제2 경화성 물질을 덮도록 마스터 몰드를 위치시키는 단계; f) 상기 마스터 몰드를 롤러로 가압하는 단계; 및 g) 상기 마스터 몰드를 제거하고 상기 제2 경화성 물질을 경화시켜 제2 유연 몰드를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 제2 경화성 물질은 평형 확장 계수(S_eq)가 음수이다.

바람직하게는, 제조방법은 단계 d 내지 단계 g를 반복하여 대면적 유연 몰드를 제조한다.

바람직하게는, 제1 경화성 물질 및 제2 경화성 물질은 폴리우레탄아크릴레이트(PUA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), SU-8 포토레지스트 및 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.

바람직하게는, 제1 경화성 물질과 제2 경화성 물질은 동일한 물질일 수 있다.

바람직하게는, 단계 e에서 상기 제1 유연 몰드와 200 nm 이하로 겹치도록 마스터 몰드를 위치시킨다.

바람직하게는, 상기 단계 d에서 상기 제1 유연 몰드와 제2 경화성 물질 사이의 거리(r)는 하기 식 1에 따른다.

[식 1]

(여기에서, V는 제2 경화성 물질의 부피임)

삭제

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 대면적 유연 몰드에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 제1 유연 몰드와 제2 유연 몰드의 단차는 500 nm 이하이다.

정확한 양의 레진 코팅 및 정밀한 스테이지의 움직임에도 불구하고 수 마이크로미터의 심을 남기는 기존의 스템퍼 몰딩 장비와 비교하면, 본 발명에 따른 제조방법은 음수의 평형 확장 계수를 갖는 경화성 물질을 사용하여 몰드의 타일링 위치나 레진의 양이 정확하게 조절하지 않고도 대면적 몰드를 쉽게 제조할 수 있다.

또한, 심 라인이 없는 대면적 몰드의 제작이 가능하며, 금속격자편광판 제작 등 다양한 분야로 응용이 가능하므로 광학, 디스플레이 장비 등에 널리 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 유연 몰드의 제조방법의 일부 단계를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 작은 마스터 몰드를 이용한 일반적인 타일링 기법과 본 발명에 따른 타일링 기법을 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 본 발명에 따라 제조된 유연 몰드의 일 실시형태인 마이크로 프리즘 패턴의 SEM 사진을 나타내고, 도 3(b)는 본 발명에 따라 제조된 유연 몰드에 겹치는 부분을 나타내는 SEM 사진이고, 도 3(c) 및 (d)는 경화성 물질의 평형 확장 계수에 따른 현상을 나타내는 모식도이다.
도 4는 마스터 몰드에 충분한 압력을 가한 경우 경화성 물질의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유연 몰드를 나타내는 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유연 몰드를 나타내는 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 유연 몰드를 롤투롤 임프린팅 몰드로 적용한 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 종래 방법의 마스터 몰드로 제조한 금속격자 편광판과 본 발명에 따라 제조한 금속격자 편광판을 나타내는 사진이다.

본 발명은 대면적 유연 몰드의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 a) 기판 상에 제1 경화성 물질을 제공하는 단계; b) 상기 제1 경화성 물질을 마스터 몰드로 스템핑하는 단계; c) 상기 스템핑된 제1 경화성 물질을 경화시켜 제1 유연 몰드를 제조하는 단계; d) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 일정 거리 이격하여 제2 경화성 물질을 제공하는 단계; e) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 겹치면서 제2 경화성 물질을 덮도록 마스터 몰드를 위치시키는 단계; f) 상기 마스터 몰드를 롤러로 가압하는 단계; 및 g) 상기 마스터 몰드를 제거하고 상기 제2 경화성 물질을 경화시켜 제2 유연 몰드를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 제조방법은 단계 d 내지 단계 g를 반복하여 대면적 유연 몰드를 제조할 수 있다. 즉, 경화성 레진을 이용하여 작은 마스터 몰드의 '겹쳐진 타일링(overlapped tiling)' 기법을 통해 제작된 심 라인이 시각적으로 발견되지않는 새로운 대면적 나노패턴을 제작할 수 있다.

이하 도면을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 유연 몰드의 제조방법의 일부 단계를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 2는 작은 마스터 몰드를 이용한 일반적인 타일링 기법과 본 발명에 따른 타일링 기법을 나타내는 도면이다.

본 발명은 먼저 기판 상에 제1 경화성 물질을 제공하는 단계(단계 a)를 포함한다.

본 발명의 제1 경화성 물질은 기판에 제공되는 경우 경화가 일어나지 않은 상태로 제공되며, UV 경화성 레진이거나 열 경화성 레진일 수 있다. 바람직하게는, 제1 경화성 물질은 폴리우레탄아크릴레이트(PUA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE) 및 SU-8 포토레지스트로 이루어진 군에서 선택된 UV 경화성 레진이거나, 폴리디메틸실록산(PDMS)의 열 경화성 레진일 수 있다. 제1 경화성 물질은 제2 경화성 물질과 동일하거나 상이한 물질일 수 있으며, 바람직하게는 동일한 물질일 수 있다.

본 발명에 사용되는 기판은 한정되지 않으며 모든 가능한 기판을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 사용되는 기판은 유리, 실리콘웨이퍼 또는 PET 필름이다.

다음으로, 제1 경화성 물질을 마스터 몰드로 스템핑하는 단계(단계 b)이다. 마스터 몰드의 소재는 제한되지 않으나, 경화성 물질의 퍼짐을 확인하기 위하여 투명한 재질이나 PET처럼 이에 상응하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 2의 (c)는 마스터 몰드의 일예를 나타낸다.

다음으로, 스템핑된 제1 경화성 물질을 경화시켜 제1 유연 몰드를 제조하는 단계(단계 c)이다. 경화는 열 또는 UV를 조사할 수 있다.

다음으로, 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 일정 거리 이격하여 제2 경화성 물질을 제공하는 단계(단계 d)이다.

제공되는 제2 경화성 물질은 기판에 제공되는 경우 경화가 일어나지 않은 상태로 제공되며, UV 경화성 레진이거나 열 경화성 레진일 수 있다. 바람직하게는, 제2 경화성 물질은 폴리우레탄아크릴레이트(PUA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 및 SU-8 포토레지스트로 이루어진 군에서 선택된 UV 경화성 레진이거나, 폴리디메틸실록산(PDMS)의 열 경화성 레진일 수 있다. 바람직하게는, 제2 경화성 물질은 폴리우레탄아크릴레이트(PUA), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)일 수 있다. 제2 경화성 물질은 제1 경화성 물질과 동일하거나 상이한 물질일 수 있으며, 바람직하게는 동일한 물질일 수 있다.

본 발명의 제2 경화성 물질은 평형 확장 계수(S_eq)가 음수, 즉 비젖음 특성(dewetting)을 갖는 물질이다. 이러한 특성은 주변의 다른 패턴, 즉 마스터 몰드 의 형상을 변형시키지 않도록 막는 중요한 특성이다. 시각적으로 관용성을 갖는 타일링 기법의 젖음 현상에 기반한(wetting-mediated) 메커니즘은 반대인 경우, 즉 앞서 언급한 스탬핑과 경화 과정으로부터 기 제작된 제 1유연몰드를 구성하고 있는 마이크로 혹은 나노 라인 구조를 플루이딕 채널처럼 생각한다면 모세관 현상을 포함하여 젖음 특성으로 인한 제1 유연몰드 상의 미세 구조가 제2 경화성 물질의 도포로 인해 채워져 표현하고자 하는 패턴이 훼손되는 상황이 이해된다.(도 3의 c 및 d). 이러한 현상은 역시 그 폭이 500 nm 이상이 되었을 때 시각적으로 확인이 가능하므로 되도록 젖음 특성이 보이지 않도록 할 필요가 있다. 여기서 특정 액체가 타겟 표면에서 퍼지는지 아닌지를 나타내는 평형 확장 계수(S_eq)는 [S_eq = γ_SV - γ_SL - γ_LV] 식으로 나타내진다(γ_SV는 고체와 증기의 표면 장력, γ_SL는 고체와 액체의 표면장력, γ_LV는 액체와 증기의 표면장력을 나타냄) 영의 식(γ_LVCOSθ_Y = γ_SV - γ_SL)에 의해, 평형확장계수는 또한 [S_eq = γ_LV(COSθ_Y - 1)]이다. 여기서 S_eq는 특정 환경에서의 액체의 젖음 특성을 나타낸다. S_eq는 완전한 젖음을 위해서는 양수이거나 거의 0이어야 하는 반면, 음수의 S_eq는 액체의 비젖음성을 의미한다. 음수의 S_eq는 부분적인 젖음을 일으키고 필름으로의 퍼짐을 방지한다.

경화되지 않은 경화성 물질을 위에서 떨어뜨리면 메니스커스를 형성한다. 도 3 (c)에서처럼, 만약 메니스커스가 오목하면(즉, 제1 경화성 물질(또는 제1 유연 몰드)에 대한 제2 경화성 물질의 S_eq 값이 거의 0인 경우), 경화성 물질은 모세관력에 의해 격자의 골 사이를 채우면서 채널을 타고 흐르게 될 것이다. 이런 현상은 패턴이 없는 부분에서의 심(seam)이 평평해지기 때문에 눈에 보이지 않는 타일링이 불가능하다. 즉, 제1 유연 몰드 안의 경화되지 않은 제2 경화성 물질의 메니스커스는, 경화되지 않은 물질이 경화될 때까지 채널을 채우는 것을 효과적으로 막기 대문에 거의 수직인 외형을 가진다. 수직의 프로파일은 실험적으로 확인되었으며 SEM 사진이 도 3(b)에 나타나 있다.

즉, 본 발명에 적합한 경화성 물질은 자가복제가 가능하면서 적당한 압력에서 비젖음성을 갖는 물질이다.

도 4는 마스터 몰드에 충분한 압력을 가한 경우 경화성 물질의 두께를 나타내는 그래프이다. 도 4의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 충분한 압력을 가하는 경우 경화성 물질의 두께는 약 10 ㎛(10^-5 m)이다. 따라서, 경화성 물질을 드랍시킨 경우 원형 상태로 펼쳐지므로 이를 통하여 제1 유연 몰드와 제2 유연 몰드 사이의 거리를 구할 수 있다. 즉, 단계 d에서 상기 제1 유연 몰드와 제2 경화성 물질 사이의 거리(r)는 [

(여기에서, V는 제2 경화성 물질의 부피임)]에 따른다. 본 발명의 거리(r)의 단위는 m 이다.

다음으로, 도 1의 (a)와 같이, 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 500 nm 이하로 겹치면서 제2 경화성 물질을 덮도록 마스터 몰드를 위치시키는 단계(단계 e)이다. 제1 유연 몰드의 일단부와 마스터 몰드는 500 nm 이하로 겹치도록 위치하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 200 nm 이하로 겹치도록 위치시키는 것이 바람직하다. Watts 연구팀은 심(seam)의 폭이 500 nm보다 작아지면 육안으로 심 라인을 감지할 수 없다는 결과를 보고하였으며, 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 유연 몰드를 나타낸다. 도 5(a)와 (b)는 각각 제조된 유연 몰드의 평행 방향과 수직 방향의 심을 나타내며, 두 방향 모두 심의 폭이 육안으로 감지할 수 있는 폭보다 작은 500 nm 이하인 것을 알 수 있다. 여기에서, 심(seam)은 패턴 사이의 거리가 아니라, 미리 패터닝된 부분과 오버랩된 패턴 부분을 의미한다. 그러므로 시각적으로 용인되는 높이를 위해선 미리 패터닝된 패턴과 후에 패터닝되는 패턴 사이의 높이가 500 nm 이하가 되는 것을 의미한다. 육안으로 관찰되지 않는 심 라인을 가진 나노스케일의 격자 패턴은 이상적으로 격자편광판과 같은 대면적 디스플레이 요소에 적합하다. 보다 바람직하게는 심의 폭 및 제1 유연 몰드와 제2 유연 몰드의 단차는 200 nm 이하일 수 있으며, 이 경우 보다 안정적인 심리스 패턴 제작이 가능하다. 도 6은 본 발명의 실시형태에 따라 200nm 이하의 단차를 갖는 유연몰드를 나타내는 SEM 사진이다. 즉, 심(seam)의 폭 및 제1 유연 몰드와 제2 유연 몰드의 단차는 500 nm 이하, 보다 바람직하게는 200 nm 이하일 수 있다.

또한, 마스터 몰드는 제2 경화성 물질을 덮도록 위치시켜야 한다. 제2 경화성 물질은 마스터 몰드 전체를 덮는 양보다 적은 양으로 조절하여야 경화성 물질의 퍼짐을 조절할 수 있다. 다만, 본 발명에 따라 몰드를 제조하는 경우에는, 경화성 물질이 마스터 몰드 내에 있기만 하면 제조가 가능하므로, 경화성 물질의 양이나 마스터 몰드의 위치를 정밀하게 컨트롤할 필요가 없다.

다음으로, 마스터 몰드를 롤러로 가압하는 단계(단계 f)이다(도 1의 (b)). 이 단계는 롤투롤 나노임프린팅과 유사한 것을 알 수 있다.

롤러에 작용하는 압력은 4 x 10⁶ γ [Pa](여기에서, γ는 제2 경화성 물질의 표면 장력임) 보다 크다. 또한, 표면 장력(γ)은 N/m 단위를 갖고, 이는 접촉각 측정을 통해 얻어지는 값을 다음 식에 대입하여 구해진다. 예를 들어, 이렇게 구해진 PUA의 표면장력은 32.8 x 10^-3 N/m이다.

(1 + COSθ_ij)γ_i = 2·(γ_i ^d·γ_j ^d)^1/2+2·(γ_i ^p·γ_j ^p)^1/2

마지막으로, 마스터 몰드를 제거하고 상기 제2 경화성 물질을 경화시켜 제2 유연 몰드를 제조하는 단계(단계 g)이다.

보다 대면적의 유연 몰드를 제조하기 위해서는 상기 공정을 반복하여 실시할 수 있다.

또한, 제1 경화성 물질 및 제2 경화성 물질은 자가복제를 위하여 폴리실록산 및 불소성분(Flourine 기)의 이형 첨가제를 포함하는 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 유연 몰드를 이용하여 롤투롤 나노임프린팅의 몰드로 사용할 수 있다. 도 7은 본 발명에 따라 제조된 유연 몰드를 롤투롤 임프린팅 몰드로 적용한 것을 나타내는 도면이다. 도 7(a)는 본 발명에 따른 공정으로 유연 몰드를 제조하여 롤투롤 임프린팅에 적용하는 것을 순서대로 나타내는 모식도이고, 도 7(b)는 실제 적용된 롤투롤 임프린팅 장치의 사진으로, VTT로 제작된 유연한 마이크로 프리즘 몰드를 롤에 감은 롤투롤 나노임프린팅(R2R NIL)으로 길이 1000 mm, 폭 120mm 프리즘시트를 심라인없이 연속적으로 제작할 수 있었다. 도 7(c)는 8번의 타일링 공정을 반복하여, 0.75 × 1 in 몰드로 4 × 6 in 몰드로, 주기 220 nm, 높이 180 nm, 150 nm의 사이 간격을 갖는 롤투롤 공정이 가능한 나노격자 패턴을 나타낸다.

본 발명으로 제조된 대면적 유연 몰드의 표면은 단단한 동시에 유연하고 심리스하다고 볼 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 기술을 시각적 관용성을 갖는 타일링 기법(기법(Visually Tolerable Tiling, VTT)이라 명명하였다. 정확한 양의 레진 코팅 및 정밀한 스테이지의 움직임에도 불구하고 수 마이크로 미터의 심을 남기는 기존의 스테퍼 몰딩 장비와 비교하면 이 기술은 몰드의 타일링 위치나 레진의 양이 정확하게 조절되지 않아도 쉽게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 대면적 유연 몰드는 나노격자 벽면에 알루미늄을 기울여서 증착하는 방식으로 금속 나노 격자 편광판으로 활용이 가능하다. 이 공정은 높은 종횡비와 밀도의 나노격자 패터닝의 필요로 의해 개발되었다. 특히, 목표로 하는 광학 금속나노격자편광판 적용분야에서는 격자 무늬의 얼라인먼트 실수는 보는 각도에 따라 금속격자편광판의 불규칙한 색변화를 야기할수 있기 때문에 몰드 타일링 시 얼라인은 매우 중요하다.

임프린팅된 나노격자와 알루미늄이 증착된 구조의 금속격자편광판 적용을 위해 G-solver 시뮬레이션을 통해 분석 및 최적화를 진행한 결과 40°기울여 증착하였을 때 나노 격자 옆면 전체를 덮을 수 있다(즉 arctan (150/180) ~40°). 최적화된 알루미늄 두께를 알아보기 위해, 25 nm/ 50nm/75 nm 3개의 경우에 대해 알루미늄 증착 높이에 따른 시뮬레이션을 진행하였다. TM파와 TE파의 시뮬레이션 플랏은 디자인된 알루미늄/PUA 구조가 금속격자편광판 구조로 사용될 수 있고 양쪽 벽면을 증착한 샘플은 소광비가 더 좋음을 나타냈다. 전파에서의 딥의 발생은 주로 Fabry-Perot 공진에 의해 비롯되었는데, 이는 금속격자의 주기(즉, 선폭과 사이거리)와 종횡비 조절을 통해 완화할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

실시예

미뉴타 텍사의 UV 경화성 레진(MINS-301 RM, PUA)을 제1 및 제2 경화성 물질로 사용하였다. 이 레진은 지환식이며 선모양의 긴 체인 형태이다. 기판은 아크릴이 포함된 단위체와의 접착력을 증가시키기 위하여 우레탄 그룹의 프라이머를 이용하여 표면처리된 유리 또는 PET 필름을 사용하였다.

UV 경화성 PUA 5g을 프라이머 코팅된 유리나 PET 필름 위에 떨어뜨리고, 작은 마스터몰드를 등접촉이 일어나도록 조심히 표면위에 위치시킨다. PUA 프리폴리머를 경화시키기 위해 UV 광을 조사한다(강도 100 mWcm^-2를 갖는 365 nm 파장의 Linear UV LED 장비, UVSMT). 첫 번째 복제 후에 두 번째 복제는 먼저 경화된 PUA 패턴 옆에서 이루어진다. 제1 유연 몰드에서 4cm 이격시켜 PUA를 드랍하고, 먼저 제작된 패턴과 살짝 오버랩 된 부분으로 퍼질 때까지 기계적 롤링(500 kPa)시켜 마스터 패턴 부분까지 PUA를 퍼지게 한 후, UV 광을 다시 조사하여 유연 몰드를 제조하였다. 0.75×1 in 크기의 마스터 몰드를 이용하여 80회 반복하여 4×6 in 크기의 샘플(몰드)을 만들었다.

적용예

도 8(a)는 일반적인 나노임프린팅으로 제작된 마스터 몰드 크기만 한 금속격자편광판의 사진을 나타내고, 도 8(b)는 VTT몰드를 이용한 롤투롤 나노임프린팅으로 제작된 대면적 금속격자편광판을 나타낸다. 도 8(b)에서 알 수 있는 바와 같이, 심 라인은 TM과 TE 모드 모두에서 맨눈으로 관측하기 어렵다.

Claims

대면적 유연 몰드의 제조방법으로서,
a) 기판 상에 제1 경화성 물질을 제공하는 단계;
b) 상기 제1 경화성 물질을 마스터 몰드로 스템핑하는 단계;
c) 상기 스템핑된 제1 경화성 물질을 경화시켜 제1 유연 몰드를 제조하는 단계;
d) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 일정 거리 이격하여 제2 경화성 물질을 제공하는 단계;
e) 상기 제1 유연 몰드의 일단부와 500 nm 이하로 겹치면서 제2 경화성 물질을 덮도록 마스터 몰드를 위치시키는 단계;
f) 상기 마스터 몰드를 롤러로 가압하는 단계; 및
g) 상기 마스터 몰드를 제거하고 상기 제2 경화성 물질을 경화시켜 제2 유연 몰드를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 제2 경화성 물질은 평형 확장 계수(S_eq)가 음수인, 대면적 유연 몰드의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제조방법은 단계 d 내지 단계 g를 반복하여 대면적 유연 몰드를 제조하는, 대면적 유연 몰드의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 경화성 물질 및 제2 경화성 물질은 폴리우레탄아크릴레이트(PUA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), SU-8 포토레지스트 및 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 1종인, 대면적 유연 몰드의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 경화성 물질과 제2 경화성 물질은 동일한 물질인, 대면적 유연 몰드의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 e에서 상기 제1 유연 몰드와 200 nm 이하로 겹치도록 마스터 몰드를 위치시키는, 대면적 유연 몰드의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 d에서 상기 제1 유연 몰드와 제2 경화성 물질 사이의 거리(r)는 하기 수학식 1에 따르는, 대면적 유연 몰드의 제조방법:
[수학식 1]

(여기에서, V는 제2 경화성 물질의 부피임).
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