KR102004630B1 - 성형체 - Google Patents

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KR102004630B1
KR102004630B1 KR1020177020161A KR20177020161A KR102004630B1 KR 102004630 B1 KR102004630 B1 KR 102004630B1 KR 1020177020161 A KR1020177020161 A KR 1020177020161A KR 20177020161 A KR20177020161 A KR 20177020161A KR 102004630 B1 KR102004630 B1 KR 102004630B1
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가즈유키 사토
도모히로 이소가이
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 표면에 요철 구조를 갖는 열가소성 불소 수지를 가져서 이루어지는 성형체이며, 2.0㎬ 내지 20㎬의 굽힘 탄성률을 갖는 성형체에 관한 것이다. 본 발명의 성형체는, 감촉 경도가 크고, 나노임프린트 프로세스에 있어서 우수한 이형성을 갖는 수지제 레플리카 몰드로서 사용할 수 있다.

Description

성형체
본 발명은 성형체 및 당해 성형체를 이용한 임프린트 몰드, 그리고 당해 성형체를 사용하여 제조할 수 있는 반사 방지막을 제공한다.
미세 구조의 패턴을 얻기 위한 기술로서 나노임프린트 기술이 알려져 있다. 나노임프린트 기술이란, 요철의 미세 패턴 표면을 갖는 몰드(형)를, 기재에 대하여 가압하거나 하여, 기재에 미세 구조를 전사하는 기술이다.
이러한 나노임프린트 기술에서 사용되는 몰드로서는, 일반적으로 석영제 몰드를 사용할 수 있지만, 이것은 매우 고가이다. 따라서, 이러한 석영제 몰드를 원판(「마스터 몰드」 또는 「마더 몰드」라고도 함)으로서 사용하여, 수지제의 레플리카 몰드를 제작하고, 이 레플리카 몰드를 나노임프린트 기술에 사용하는 기술이 알려져 있다.
이러한 나노임프린트 기술에 있어서 사용되는 몰드는, 경화성 수지로부터 이형할 때, 전사된 미세 구조를 확실하게 유지하기 위해서, 이형성이 높을 것이 요구되지만, 상기와 같은 수지제의 레플리카 몰드는 이형성이 낮다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 수지 몰드의 표면 위에 이형제를 함유하여, 수지 몰드의 표면과 결합된 층을 형성한 몰드가 제안되고 있다.
국제 공개 제2012/018045호
그러나, 종래의 수지제 레플리카 몰드는, 필름상이고, 부드럽기 때문에 취급이 곤란하였다. 또한, 특히 무기 재료를 나노임프린트 프로세스에 부치는 경우, 종래의 수지제 레플리카 몰드는, 너무 부드럽기 때문에 표면의 요철 형상을 유지하는 것이 어려워서, 적은 전사 횟수, 예를 들어 1회의 전사로도 이형성이 불량이 되어 연속 전사를 행하는 것이 곤란하였다.
따라서, 본 발명은 감촉 경도가 크고, 유기 재료뿐만 아니라, 특히 무기 재료를 사용하는 나노임프린트 프로세스에 있어서 우수한 이형성을 갖는 수지제 레플리카 몰드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제에 대하여 예의 검토한 결과, 미세 요철 구조를 갖는 열가소성 불소 함유 수지를 가져서 이루어지는 성형체의 탄성률을 2.0㎬ 내지 20㎬로 함으로써, 적당한 감촉 경도를 갖고, 연속 나노임프린트 프로세스에 사용할 수 있는 레플리카 몰드로서 사용할 수 있는 성형체를 얻을 수 있음을 알아내었다.
즉, 본 발명은 제1 요지에 있어서, 표면에 요철 구조를 갖는 열가소성 불소 수지를 가져서 이루어지는 성형체이며, 2.0㎬ 내지 20㎬의 탄성률을 갖는 성형체를 제공한다.
본 발명은 제2 요지에 있어서,
수지 재료로 형성되는 지지체와,
지지체 위에 위치하는 바인더층과,
바인더층 위에 위치하고, 표면에 요철 구조를 갖는 불소 함유층
을 가져서 이루어지고,
불소 함유층이 열가소성 불소 수지로 형성되어 있는
적층체를 제공한다.
본 발명은 제3 요지에 있어서, 표면에 복수의 대략 원기둥상 볼록부를 갖고, 반사율이 0.1% 이하이고, 파장 500㎚에 있어서의 투과율이 90% 이상이며, 볼록부의 높이 10㎚에 있어서의 직경 A와, 볼록부의 정상부로부터 10㎚에 있어서의 직경 B의 비(B/A)가 0.30 이상 2.00 이하인, 무기 재료로 형성되는 반사 방지막을 제공한다.
본 발명에 따르면, 미세 요철 구조를 갖는 열가소성 불소 함유 수지를 가져서 이루어지는 성형체의 탄성률을 2.0㎬ 내지 20㎬로 함으로써, 적당한 감촉 경도를 갖고, 연속 나노임프린트 프로세스에 사용할 수 있는 레플리카 몰드로 하는 것이 가능해진다.
도 1은 실시예 3에서 얻어진 임프린트용 몰드의 SEM 화상이다.
도 2는 실시예 4의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 시험예 1에 있어서의 이형 내구성 시험의 결과를 도시한다.
이하, 본 발명의 성형체에 대하여 설명한다.
본 발명의 성형체는, 표면에 요철 구조를 갖는 열가소성 불소 수지를 갖고, 2.0㎬ 내지 20㎬의 탄성률을 갖는다.
상기 열가소성 불소 수지로서는, 예를 들어 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리불화비닐(PVF), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FTFP), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(VdF-HFP), 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(VdF-TFE-HFP), 기타 불소계 수지, 불소 고무 등을 들 수 있는 것 이외에, 이들의 블렌드 수지, 폴리머 알로이여도 된다.
상기 열가소성 불소 수지로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FTFP), 폴리불화비닐리덴(PVDF) 또는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)이 바람직하고, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시 공중합체 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체가 보다 바람직하다.
하나의 형태에 있어서, 상기 열가소성 불소 수지는, 100℃ 이상의 융점, 예를 들어 150℃ 이상, 170℃ 이상, 200℃ 이상, 220℃ 이상, 250℃ 이상, 270℃ 이상, 300℃ 이상 또는 320℃ 이상의 융점을 갖는다.
하나의 형태에 있어서, 상기 열가소성 불소 수지에 있어서의 불소 함유량은, 20질량% 이상, 바람직하게는 30질량% 이상, 예를 들어 40질량% 이상, 50질량% 이상, 60질량% 이상, 70질량% 이상 또는 80질량% 이상일 수 있다.
바람직한 형태에 있어서, 상기 열가소성 불소 수지는, 100℃ 이상의 융점을 갖고, 또한 20질량% 이상의 불소를 함유한다. 바람직하게는, 상기 불소 수지의 융점 및 불소 함유량은, 각각 100℃ 이상 또한 30질량% 이상, 150℃ 이상 또한 20질량% 이상, 또는 150℃ 이상 또한 30질량% 이상일 수 있다.
바람직한 형태에 있어서, 상기 열가소성 불소 수지는 가교되어 있다. 가교 구조는, 예를 들어 가열 용융된 열가소성 불소 수지에 전리 방사선이 조사됨으로써 가교 반응이 발생하고, 그대로 경화함으로써 형성된다.
본 발명의 성형체는, 1.0㎬ 내지 20㎬의 굽힘 탄성률을 갖고, 바람직하게는 2.0㎬ 내지 15㎬, 더욱 바람직하게는 2.0㎬ 내지 10㎬의 굽힘 탄성률을 갖는다. 이러한 굽힘 탄성률을 가짐으로써, 성형체를 임프린트 몰드로서 사용한 경우, 적당한 감촉 경도의 임프린트 몰드를 얻을 수 있고, 이형 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 성형체에 있어서의 표면의 요철 구조는, 하기하는 적층체의 불소 함유층의 요철 구조와 마찬가지의 구조를 갖는다.
상기 본 발명의 성형체는, 임프린트 몰드로서, 바람직하게는 나노임프린트 몰드로서 사용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 몰드란, 자신의 표면에 갖는 나노미터 오더의 미세한 패턴을 수지, 필름 등에 전사하는 주형을 말한다. 전사는 광(예를 들어, 자외선) 또는 열 등을 이용하여 행할 수 있다.
하나의 요지에 있어서, 본 발명은
수지 재료로 형성되는 지지체와,
지지체 위에 위치하는 바인더층과,
바인더층 위에 위치하고, 표면에 요철 구조를 갖는 불소 함유층
을 가져서 이루어지는 적층체를 제공한다.
지지체를 형성하는 수지 재료는 특별히 한정되지 않고, 다양한 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 이러한 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(EVA) 등의 폴리올레핀, 환상 폴리올레핀, 변성 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리카르보네이트, 폴리-(4-메틸펜텐-1), 아이오노머, 아크릴계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴-스티렌 공중합체(AS 수지), 부타디엔-스티렌 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리시클로헥산테레프탈레이트(PCT) 등의 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드, 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥시드, 변성 폴리페닐렌옥시드, 폴리아릴레이트, 방향족 폴리에스테르(액정 중합체), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 기타 불소계 수지, 스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 불소 고무계, 염소화폴리에틸렌계 등의 각종 열가소성 엘라스토머, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화폴리에스테르, 실리콘 수지, 폴리우레탄 등, 또는 이들을 주로 하는 공중합체, 블렌드체, 폴리머 알로이 등을 들 수 있다. 지지체의 투명성 및 유연성의 관점에서, 이러한 수지 재료는, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 시클로올레핀 수지(COP), 아크릴 수지(PMMA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE)이고, 보다 바람직하게는, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 시클로올레핀 수지이며, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트이다.
상기 지지체는, 바람직하게는 1.0㎬ 내지 20㎬, 보다 바람직하게는 2.0㎬ 내지 15㎬, 더욱 바람직하게는 2.0㎬ 내지 10㎬의 굽힘 탄성률을 갖는다. 지지체가 상기와 같은 굽힘 탄성률을 가짐으로써, 본 발명의 적층체에, 같은 굽힘 탄성률을 부여할 수 있고, 적당한 감촉 경도의 적층체를 얻을 수 있다. 지지체의 굽힘 탄성률을 1.0㎬ 이상, 바람직하게는 2.0㎬ 이상으로 함으로써, 본 발명의 적층체의 취급이 용이해진다. 또한, 지지체의 굽힘 탄성률을 20㎬ 이하, 바람직하게는 10㎬ 이하로 함으로써, 적층체가 너무 단단해지지 않아, 임프린트 몰드로서 사용한 경우에 연속 임프린트가 용이해진다.
상기 지지체의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10㎛ 내지 10㎜, 바람직하게는 25㎛ 내지 1㎜, 보다 바람직하게는 50㎛ 내지 0.5㎜, 더욱 바람직하게는 75㎛ 내지 0.2㎜이다. 두께를 두껍게 함으로써, 지지체의 굽힘 탄성률이 커진다.
상기 지지체는, 단상이어도 되고, 2개 이상의 층을 적층한 것이어도 된다.
상기 바인더층(이하, 「접착층」이라고도 함)은 지지체와 불소 함유층을 접착시키도록 기능한다.
상기 바인더층을 형성하는 재료는, 지지체 및 불소 함유층과의 밀착성이 높은 것이라면 특별히 한정되지 않고, 광경화성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 실리콘계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 멜라민계 수지, 에폭시계 수지, 폴리아미드계 수지, 염화비닐계 수지, 염화비닐아세트산 비닐 공중합체계 수지 등을 들 수 있다. 이들 재료는, 이들을 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 바람직하게는, 바인더층은, 광경화성 중합체, 예를 들어 (메트)아크릴레이트 수지(예를 들어, 빔 세트 1402(아라카와 가가쿠 고교 가부시키가이샤 제조))를 사용할 수 있다.
바인더층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.01 내지 50㎛이며, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10㎛이다.
상기 표면에 요철 구조를 갖는 불소 함유층을 형성하는 재료는 불소 수지이다. 상기 불소 수지로서는 열가소성 불소 수지가 바람직하다. 열가소성 불소 수지로서는, 상기 성형체의 열가소성 불소 수지로서 열거한 것을 들 수 있다.
상기 불소 함유층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 볼록부에 있어서의 두께가, 바람직하게는 10 내지 200㎛이고, 보다 바람직하게는 30 내지 125㎛이며, 더욱 바람직하게는 30 내지 60㎛이다.
상기 불소 함유층의 요철부는, 바람직하게는 대략 원기둥상이 복수 배열된, 소위 모스 아이 구조를 반전한 구조, 즉 대략 원통상의 오목부가 복수 배열된 구조를 갖는다.
오목부의 형상은, 바람직하게는 대략 원통상이지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 형상, 예를 들어 저부가 가늘어진 원뿔대 형상, 삼각 기둥, 사각 기둥 등의 다각 기둥 형상이어도 되고, 그 측면에 요철을 갖고 있어도 된다.
대략 원통상의 오목부의 단면이며, 불소 함유층의 표면과 동일 평면 위에 있는 단면의 직경은, 바람직하게는 가시광의 파장 이하, 예를 들어 약 10 내지 500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 400㎚, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 300㎚일 수 있다.
대략 원통상의 오목부 저부의 직경은, 바람직하게는 상기 불소 함유층의 표면과 동일 평면 위에 있는 단면의 직경 이하이고, 바람직하게는 95% 이하, 보다 바람직하게는 90% 이하, 더욱 바람직하게는 80% 이하, 보다 더 바람직하게는 85% 이하일 수 있다. 또한, 오목부 저부의 직경은, 바람직하게는 상기 불소 함유층의 표면과 동일 평면 위에 있는 단면의 직경의 40% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상이다.
오목부의 깊이는, 바람직하게는 약 30 내지 500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 400㎚, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 300㎚일 수 있다.
인접하는 오목부 간의 거리(이하, 「피치」라고도 함)는, 바람직하게는 가시광의 파장 이하, 예를 들어 바람직하게는 약 30 내지 500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 400㎚, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 300㎚일 수 있다. 여기에, 「인접하는 오목부 간의 거리」란, 상기 불소 함유층의 표면과 동일 평면 위에 있어서의 거리를 의미한다.
오목부의 애스펙트비(오목부의 깊이/불소 함유층의 표면과 동일 평면 위에 있는 오목부 단면의 직경)는, 바람직하게는 약 0.8 내지 5.0, 보다 바람직하게는 1.2 내지 4.0, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.0이다. 오목부의 애스펙트비를 1.0으로 함으로써, 보다 반사율이 낮아진다.
상기의 오목부 단면의 직경, 저부의 직경 및 깊이, 그리고 피치는, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)에 의한 관찰에 의해 측정할 수 있다.
또한, 바람직한 형태에 있어서, 상기 불소 함유층은 그 요철면에 다양한 불소계 단량체 등으로 그래프트쇄를 초래하는 것도 가능하다. 이러한 그래프트쇄를 초래함으로써, 보다 이형성 및 이형 내구성이 높아진다.
상기 형태에 있어서, 불소 함유층에 있어서의 그래프트쇄는, 불소 함유층의 표면으로부터, 바람직하게는 적어도 깊이 0.1㎛ 최대로 깊이 200㎛까지, 보다 바람직하게는 적어도 깊이 1㎛ 최대로 깊이 40㎛까지, 더욱 바람직하게는 적어도 깊이 3㎛ 최대로 깊이 20㎛까지, 예를 들어 불소 함유층의 표면으로부터 깊이 10 내지 20㎛까지 존재한다. 그래프트쇄가 존재하는 두께가 클수록, 이형 내구성이 향상된다. 또한, 그래프트쇄가 존재하는 두께가 작을수록, 불소 함유층의 강도가 향상된다.
상기 「그래프트쇄」란, 불소 함유층을 구성하는 중합체의 주쇄에 가지상으로 결합된 측쇄를 의미하고, 제조 방법에 의해 한정되는 것은 아니다. 즉, 그래프트쇄는, 예를 들어 상기의 그래프트 중합에 의해 형성되는 그래프트쇄에 더하여, 기타의 방법에 의해 수지 기재를 구성하는 중합체의 주쇄에 도입된 쇄도 포함한다.
바람직한 형태에 있어서, 「그래프트쇄」는, 불소 함유층의 중합체 주쇄에 대하여 갈라져 나온 분지쇄이며, 전리 방사선의 조사에 의해 그래프트 단량체를 중합체 주쇄에 공유 결합한 것일 수 있다.
바람직하게는 그래프트쇄가 존재하는 깊이는, 불소 함유층의 표면으로부터, 불소 함유층의 두께에 대하여 0.001 내지 95%까지의 깊이, 예를 들어 0.01 내지 95%까지의 깊이 또는 0.1 내지 95%까지의 깊이일 수 있다. 그래프트쇄가 존재하는 깊이는, 보다 바람직하게는 5 내지 80%까지의 깊이, 더욱 바람직하게는 10 내지 60%까지의 깊이, 보다 더 바람직하게는 20 내지 60%까지의 깊이여도 된다.
불소 함유층에 있어서의 그래프트쇄가 존재하는 깊이는, 예를 들어 주사형 전자 현미경에 의해, 필름의 단면을 관찰함으로써 측정할 수 있다. 보다 상세하게는, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)에 의한 EDX(Energy dispersive X-ray) 분석, EPMA(Electron Probe Microanalyser) 분석 또는 양전자 수명 측정을 행함으로써 측정할 수 있다.
바람직한 형태에 있어서, 상기의 그래프트쇄를 갖는 불소 함유층에 있어서, 그래프트율은 0.1 내지 1,500%일 수 있다.
「그래프트율」이란, 불소 함유층에 대하여 도입된 그래프트쇄의 비율을 의미한다. 구체적으로는, 그래프트율(Dg)은 그래프트 중합 반응 전후의 불소 함유층의 중량 변화를 측정하고, 하기 식에 의해 산출할 수 있다.
그래프트율: Dg[%]=(W1-W0)/W0×100
[식 중, W0은 그래프트 중합 전의 불소 함유층의 중량이며, W1은 그래프트 중합 후의 불소 함유층의 중량임]
또한, 그래프트율 Dg는, 기재의 전체 중량으로 나눔으로써 산출하기 때문에, 막 두께에 대하여 그래프트층이 매우 얇은 경우, 작은 값이 되어, 0.1% 이하의 값을 나타내는 경우도 있지만, 깊이 방향의 그래프트쇄의 영역은, SEM-EDX나 EPMA에 의한 원소 분석에 의해서도 입증할 수 있다. 예를 들어, 비중 2이고, 두께 5㎜의 시트로 30g의 중량의 수지에 대하여, 5㎛의 퍼플루오로폴리에테르기를 포함하는 그래프트쇄를 도입했을 경우, 불소 함유층의 두께의 0.1%이며, 그래프트율은 대략 0.1% 미만의 값을 나타낸다.
또한, 상기 그래프트율은, 열중량 측정(TG: thermogravimetric analysis)에 의해 산출할 수도 있다. 구체적으로는, 그래프트쇄를 갖는 불소 함유층을, 불소 함유층의 온도를 일정한 프로그램에 따라서 변화시켜서(가열 또는 냉각시켜서), 불소 함유층의 중량의 변화를 측정하고, 이 중량 변화로부터 산출할 수 있다. 열중량 측정은, 예를 들어 Rigaku사 제조나 시마즈 세이사쿠쇼의 TGA 측정기를 사용하여 행할 수 있다.
그래프트율은, 바람직하게는 0.1 내지 250%, 보다 바람직하게는 0.2% 내지 150%, 더욱 바람직하게는 5 내지 120%, 예를 들어 10 내지 100% 또는 20 내지 80%일 수 있다.
전리 방사선은, 불소 함유층에 조사한 경우에 라디칼을 발생시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 전자선, X선, γ선, 중성자선, 이온 등을 사용할 수 있다. 전리 방사선의 침투 깊이(비정)의 제어가 용이하고, 수지 중에 라디칼을 발생시키기 쉬운 점에서, 전자선이 바람직하다.
조사되는 전리 방사선의 흡수선량은, 1 내지 1000kGy, 바람직하게는 10 내지 500kGy, 보다 바람직하게는 50 내지 300kGy이다. 1000kGy 이하의 흡수선량으로 함으로써, 표층에서의 불소 함유층의 열화를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 1kGy 이상의 흡수선량으로 함으로써, 표면 그래프트 중합에 충분한 양의 라디칼을 생성할 수 있다. 불소 함유층의 에너지 흡수량은, 신틸레이션 검출기나 반도체 검출기로 계측 가능하지만, 보다 바람직하게는, 예를 들어 삼아세트산 셀룰로오스 필름(CTA: Cellulose triacetate) 선량계나, 라디오 크로믹 필름 선량계에 의해 측정할 수 있다.
전자선을 사용하는 경우, 전자 가속기를 사용하고, 시료에 조사되는 전자선의 전자 에너지는, 시료 표면에서, 바람직하게는 5keV 내지 100keV, 보다 바람직하게는 10keV 내지 80keV, 더욱 바람직하게는 30keV 내지 70keV, 보다 더 바람직하게는 40keV 내지 70keV이다. 시료 표면에서의 전자의 에너지를 100keV 이하로 함으로써, 실질적으로 불소 함유층의 표면 부근에서만 전자선이 흡수되어, 기재의 내부에까지 침투하는 전자선이 적어지므로, 전자선에 의한 불소 함유층의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 표면 그래프트 중합에 관여하지 않는 수지 내부에서의 전자선의 흡수가 적고, 또한 불소 함유층을 투과하는 전자선이 적으므로, 에너지 흡수 효율도 높일 수 있다. 한편, 시료 표면에서의 전자의 에너지를 5keV 이상으로 함으로써, 불소 함유층의 표면에 있어서, 표면 그래프트 중합에 충분할 정도의 라디칼을 생성할 수 있다.
전자 가속기로부터의 전자선을 사용하는 경우, 전자총으로부터 시료까지 사이가 진공 환경이라면, 전자의 에너지는 가속 전압과 대응하고 그 가속 전압은, 바람직하게는 5 내지 100kV, 보다 바람직하게는 10 내지 80kV, 더욱 바람직하게는 30 내지 70kV, 보다 더 바람직하게는 40 내지 70kV이면 된다.
예를 들어, 전자 빔의 가속 전압이 60kV일 때, 전자 빔의 도달 심도는 약 20㎛가 될 수 있다.
한편, 전자총으로부터 시료까지 사이에, 대기 중으로의 취출을 위한 조사창이 있는 전자 가속기의 경우, 진공 중의 조사여도 전자의 에너지는 조사창 통과 시에 감쇠하므로, 가속 전압은 전자의 에너지 감쇠에 따라서 더 높게 할 필요가 있다. 물론, 질소 기류 중을 통과하는 경우에도 마찬가지로, 시료까지의 기류 중의 밀도와 거리에 따라 감쇠하는 에너지를 고려하여 높게 할 필요가 있다.
전자선을 사용하는 경우, 시료에 조사되는 전자의 조사선량은, 10μC/㎠ 내지 10mC/㎠, 바람직하게는 50μC/㎠ 내지 1mC/㎠, 보다 바람직하게는 100μC/㎠ 내지 300μC/㎠, 예를 들어 200μC/㎠이다. 이러한 범위의 조사선량으로 함으로써, 효율적으로 라디칼을 발생시킬 수 있다.
불소 함유층에 대한 전리 방사선의 조사는, 생성된 라디칼의 쌍소멸을 억제하는 관점에서, 바람직하게는 실질적으로 산소가 존재하지 않는 분위기 하, 예를 들어 산소 농도가 1000ppm 이하, 보다 바람직하게는 500ppm, 보다 더 바람직하게는 100ppm 이하의 분위기 하에서 행해진다. 예를 들어, 전리 방사선의 조사는, 진공중 또는 불활성 가스 분위기 하, 예를 들어 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 행해진다. 또한, 진공이란, 완전히 진공일 필요는 없고, 실질적으로 진공이면 되며, 예를 들어 103㎩ 정도의 저진공, 10-2㎩ 정도의 고진공 중 어느 것이어도 된다. 또한, 다른 형태에 있어서, 전리 방사선의 조사는, 과산화 라디칼을 얻기 위해서, 대기 하에서 행해도 되고, 또한 라디칼 생성 후에 산소를 공급할 수도 있다. 또한, 불소 함유층에 생성된 라디칼의 실활을 방지하기 위해서, 조사 후의 불소 함유층은, 당해 불소 함유층을 구성하는 중합체의 유리 전이 온도 이하의 저온에서 보관되는 것이 바람직하고, 진공 또는 불활성 분위기 하에서의 보관이 보다 바람직하다.
전리 방사선의 침투 깊이는, 불소 함유층의 표면으로부터, 바람직하게는 불소 함유층의 두께의 0.1 내지 95%까지, 보다 바람직하게는 5 내지 80%까지, 더욱 바람직하게는 10 내지 60%까지, 보다 더 바람직하게는 20 내지 60%까지이다. 예를 들어, 전리 방사선의 침투 깊이는, 불소 함유층의 표면으로부터, 깊이 0.1 내지 200㎛까지, 바람직하게는 깊이 1 내지 40㎛까지, 보다 바람직하게는 깊이 2 내지 30㎛까지, 더욱 바람직하게는 깊이 3 내지 20㎛까지, 예를 들어 깊이 5 내지 20㎛ 또는 깊이 10 내지 20㎛까지여도 된다.
전리 방사선의 침투 깊이란, 불소 함유층이 전리 방사선의 에너지를 흡수하는 깊이를 의미한다. 전리 방사선의 침투 깊이는, 표면 그래프트 중합이 일어나는 영역과 실질적으로 동일하지만, 표면 그래프트 반응에 의해 시료 표면은 조금 팽윤하기 때문에, 그래프트 반응 후의 불소 함유층에 있어서의 그래프트쇄가 존재하는 깊이는 전리 방사선의 침투 깊이보다도 깊어질 수 있다. 그래프트쇄가 존재하는 깊이는, 표면 그래프트 중합 후의 성형체의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)에 의한 EDX(Energy dispersive X-ray) 분석, EPMA(Electron Probe Microanalyser) 분석 등에 의해 측정할 수 있다. 또한, 그래프트쇄가 존재하는 깊이는, 현미 FT-IR이나, 라만 현미경 등에 의해서도 측정할 수 있다.
불소 함유층 표면의 요철 구조의 형성은, 예를 들어 소정의 패턴을 갖는 공기 최표면이 이형 처리된 마스터 몰드를, 불소 함유 필름에 가압하여 성형함으로써 행해진다. 이러한 성형은, 하기하는 배치 제조법 및 연속 제조법 중 어느 것으로도 행할 수 있다.
(1) 배치 제조 방법
공기 최표면이 이형 처리된 실리콘, 니켈 금속 또는 석영제의 마스터 몰드를, 불소 함유 필름에, 나노임프린트 장치를 사용하여, 소정의 온도 및 압력 조건에서, 예를 들어 250℃, 5㎫의 압력으로, 소정의 시간, 예를 들어 3분간 가압함으로써, 마스터 몰드의 패턴을 정확하게 반전시킨 패턴 형상을 형성할 수 있다.
(2) 연속 제조 방법
불소 함유 필름을, 필름 롤로부터 연속하여 압출하면서, 임프린트 장치를 사용하여, 공기 최표면이 이형 처리된 실리콘, 니켈 금속, 또는 석영제의 마스터 몰드를, 소정의 온도 및 압력 조건에서, 예를 들어 50℃ 내지 200℃의 온도 범위에서, 20㎫ 내지 60㎫의 압력으로, 특히 100℃에서 40㎫의 압력으로, 필름에 접촉시켜서, 마스터 몰드의 패턴을 정확하게 반전시킨 패턴 형상을 형성할 수 있다.
다른 방법으로서, 불소 함유층 표면의 요철 구조의 형성은, 마스터 몰드 위에 불소 함유층을 형성하는 수지 또는 수지의 단량체를 도포하여 성막하고, 얻어진 막을 광조사, 전자선 조사하거나, 또는 가열함으로써 경화시켜 얻어진 경화막을 마스터 몰드로부터 박리함으로써, 마스터 몰드의 패턴을 정확하게 반전시킨 패턴 형상을 형성할 수 있다.
하나의 형태에 있어서, 예를 들어 불소 함유층 표면의 요철 구조의 형성은, 이하와 같이 형성할 수 있다. 먼저, 마스터 몰드의 표면에 단량체 분산액을 도포하고, 스핀 코팅 등에 의해 마스터 몰드의 표면에 단량체 분산액을 유연시킨다. 이에 의해, 단량체 분산액은, 마스터 몰드에 있어서의 요철 구조의 홈부에 들어가서, 마스터 몰드의 표면에서 표면이 균일한 패턴 형성층을 형성할 수 있다. 이어서, 무산소 분위기 하에서 단량체 분산액을 가열함으로써 단량체를 가열 용융시키고, 전리 방사선을 패턴 형성층 전체에 균일하게 조사한다. 패턴 형성층은, 전리 방사선이 조사됨으로써, 단량체가 가교 반응을 일으켜, 직쇄상의 단량체가 네트워크화되며, 그대로 경화되어 요철 구조를 형성한다.
또한, 다른 방법으로서, 불소 함유층 표면의 요철 구조는, 마스터 몰드 위에 가열한 열가소성 수지를 눌러, 냉각하여 경화시키고, 이어서, 마스터 몰드로부터 박리함으로써도 형성할 수 있다.
본 발명의 적층체는, 상기한 수지 재료로 형성되는 지지체에, 바인더층을 형성하는 재료를 도포하고, 또한 그 위에 불소 함유층을 적층함으로써 제조할 수 있다. 상기와는 반대로, 불소 함유층에 바인더층을 형성하는 재료를 도포하고, 이어서, 지지체를 적층해도 된다. 바인더층을 형성하는 재료가 광경화성 재료일 경우에는, 적층 후, 자외선 또는 전자선을 조사하여, 필름 몰드와 기재를 접착 경화할 수 있다.
본 발명의 적층체는, 바람직하게는 1.0㎬ 내지 20㎬, 보다 바람직하게는 2.0㎬ 내지 15㎬, 더욱 바람직하게는 2.0㎬ 내지 10㎬의 굽힘 탄성률을 갖는다. 적층 몰드의 굽힘 탄성률을 1㎬ 이상, 특히 2.0㎬ 이상으로 함으로써, 취급이 용이해진다. 또한, 적층 몰드의 굽힘 탄성률을 20㎬ 이하, 특히 10㎬ 이하로 함으로써, 연속 나노임프린트가 용이해진다.
본 발명의 적층체의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10㎛ 내지 10㎜, 바람직하게는 25㎛ 내지 1㎜, 보다 바람직하게는 50㎛ 내지 0.5㎜, 더욱 바람직하게는 75㎛ 내지 0.2㎜이다.
바람직한 형태에 있어서, 본 발명의 적층체는, 자외선 영역에서 높은 광투과도를 가질 수 있다. 구체적으로는, 365㎚에서의 광투과도가 70% 이상인 것이 바람직하고, 80% 이상인 것이 보다 바람직하며, 90% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 높은 광투과도를 가짐으로써, 자외선 경화를 이용하는 임프린트에 있어서 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 적층체는, 임프린트 몰드로서, 바람직하게는 나노임프린트 몰드로서 사용할 수 있다. 본 발명의 적층체의 임프린트 몰드는, 적층 구조에 의해 적당한 굽힘 탄성률을 갖는 점에서, 종래의 임프린트 몰드와 비교하여, 임프린트 시에 요철 구조에 변형이 발생하기 어려워, 안정되게 임프린트를 행할 수 있으며, 또한 이형 내구성도 높아진다. 또한, 바인더층에 의해, 지지체와 요철 구조를 갖는 불소 함유층이 견고하게 보유 지지되어 있으므로 층의 박리도 발생하기 어렵다. 이 효과는, 임프린트 면적이 커질수록 보다 현저해진다.
하나의 형태에 있어서, 본 발명의 적층체를 임프린트 몰드로서 사용하는 경우, 몰드의 요철면의 평면적은, 바람직하게는 100㎠ 이상, 보다 바람직하게는 200㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 300㎠ 이상, 예를 들어 400㎠ 이상 또는 500㎠ 이상일 수 있다. 상기한 바와 같이 본 발명의 적층체의 임프린트 몰드는, 적층 구조에 따라 적당한 굽힘 탄성률을 갖는 점에서, 임프린트 시에 요철 구조에 변형이 발생하기 어려우므로, 이러한 100㎠ 이상의 대면적이더라도, 양호하게 임프린트를 행할 수 있다.
하나의 형태에 있어서, 본 발명의 적층체는, 임프린트 몰드로서 사용한 경우, 우수한 이형 내구성을 갖고, 구체적으로는, 1 내지 1000mJ의 자외선량에 의해 자외선 나노임프린트를 200회로 실시하면, 물 1 내지 10μL에서 접촉각이 110° 이상, 500회에서 105° 이상, 900회에서 98° 이상의 값을 갖는다. 상기 접촉각은, 소정의 횟수 나노임프린트를 행한 후에, 몰드 표면의 물에 대한 정적 접촉각을, 물 1μL에서 접촉각 측정 장치를 사용하여 측정한다. 나노임프린트는, 적층 나노임프린트 몰드의 요철면 위에 광경화 수지(예를 들어, 상품명 PAK-01 도요 고세이사 제조)를 0.2ml 적하하고, 그 위에 폴리카르보네이트 필름을 씌워, Step & Repeat 방식을 포함하는 연속식 광 나노임프린트 장치를 사용해 1.0㎫로 가압함과 동시에 자외선 조사(10mW/㎠)를 20초간 행하여, 경화한 광경화성 수지를 적층 몰드로부터 박리함으로써 행해진다.
본 발명의 적층체는, 임프린트 몰드로서 사용한 경우에, 높은 이형성 및 이형 내구성을 가지므로, 무기 재료의 임프린트에도 적합하게 이용할 수 있다.
상기 무기 재료로서는, 예를 들어 졸겔계 재료를 들 수 있다.
바람직한 졸겔 재료로서는, 예를 들어 수소 실세스퀴옥산(Hydrogen Silsesquioxane: HSQ)을 들 수 있다. 수소 실세스퀴옥산은, 3관능성의 구조(HSi(O1/2)3)를 갖고 있으며, 가열 처리를 행함으로써 수소가 이탈하여 4관능성의 구조(HSi(O1/2)4), 즉 실리카 구조가 된다.
졸겔 재료를 사용하는 나노임프린트는, 본 발명의 적층체를 적층 나노임프린트 몰드로서 사용하고, 예를 들어 이하와 같이 행할 수 있다.
(1) 기판 위에, 졸겔 재료(예를 들어, HSQ)를 도포한다.
(2) 본 발명의 적층 나노임프린트 몰드를 졸겔 재료에 대하여 열이나 자외광을 첨가하는 일 없이, 실온에서 누른다. 졸겔 재료는, 시간 경과와 함께 가수 분해·탈수 축합 반응을 일으키고, 경화되어, 무기층이 얻어진다.
(3) 적층 나노임프린트 몰드를, 경화된 무기층으로부터 박리하여, 기판 위에 전사 패턴을 갖는 무기층을 얻는다.
다른 방법으로서, 공정 (1)에 있어서, 기판 대신 적층 나노임프린트 몰드에 졸겔 재료를 도포하고, 공정 (2)에 있어서, 기판을, 졸겔 재료를 도포한 적층 몰드에 눌러도 된다.
공정 (1)에 있어서의 기판 위에 졸겔 재료를 도포하는 방법은, 특별히 한정되지 않고, 스핀 도포, 스크린 인쇄, 침지, 스프레이 도포 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 스핀 도포가 사용된다.
공정 (2)에 있어서의 가압은, 사용하는 재료에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 10 내지 100㎩, 바람직하게는 30 내지 80㎩, 예를 들어 40㎩일 수 있다.
공정 (2)에 있어서의 졸겔 재료의 경화는, 실온에서 정치해도 되지만, 반응을 촉진하기 위해 가열해도 된다. 가열 온도는, 적층 나노임프린트 몰드에 악영향을 미치지 않는 온도라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 30 내지 200℃ 또는 60 내지 150℃ 등이어도 된다.
공정 (3)에서 적층 몰드로부터 박리시킨 무기층은, 그 후, 졸겔 반응을 보다 완전히 진행시키기 위해서 가열해도 된다. 가열 온도는, 기재 및 무기 재료의 유리 전이 온도 이하라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 100 내지 500℃ 또는 200 내지 300℃일 수 있다.
상기와 같이 형성된 무기 재료층은, 표면에 적층 나노임프린트 몰드의 요철 구조가 반전된 패턴, 즉 모스 아이 구조를 갖는다. 따라서, 이 무기 재료층은 반사 방지막으로서 기능한다.
따라서, 본 발명은 상기 무기 재료층을 갖는 반사 방지막을 제공한다.
상기 반사 방지막의 반사율은, 파장 550㎚이고, 바람직하게는 1.0% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.08% 이하일 수 있다.
상기 반사 방지막은, 모스 아이 구조를 에칭이 아닌, 나노임프린트에 의해 형성하고 있으므로, 높은 투명성을 가질 수 있다. 반사 방지막의 가시광(파장 550㎚)에 있어서의 투과율은, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 더욱 바람직하게는 98% 이상, 보다 더 바람직하게는 99% 이상일 수 있다.
반사 방지막 위의 볼록부의 형상은, 바람직하게는 대략 원기둥상이지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 형상, 예를 들어 저부가 가늘어진 원뿔대 형상, 삼각 기둥, 사각 기둥 등의 다각 기둥 형상이어도 된다. 또한, 볼록부의 정상부는 둥그스름해도 되고, 볼록부의 측면은 요철을 갖고 있어도 된다.
상기 볼록부의 최하부에 있어서의 직경은, 바람직하게는 가시광의 파장 이하, 예를 들어 약 10 내지 500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 400㎚, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 300㎚일 수 있다.
상기 볼록부의 정상부의 직경은, 바람직하게는 상기 최하부에 있어서의 직경 이하이고, 바람직하게는 95% 이하, 보다 바람직하게는 90% 이하, 더욱 바람직하게는 80% 이하, 보다 더 바람직하게는 85% 이하일 수 있다. 또한, 볼록부의 정상부 직경은, 바람직하게는 상기 최하부에 있어서의 직경의 40% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상이다.
볼록부의 높이는, 바람직하게는 약 30 내지 500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 400㎚, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 300㎚일 수 있다.
볼록부의 높이 10㎚에 있어서의 직경 A와, 볼록부의 정상부로부터 10㎚에 있어서의 직경 B의 비(B/A)는 볼록부 강도의 관점에서는, 바람직하게는 0.30 이상, 보다 바람직하게는 0.50 이상, 더욱 바람직하게는 0.70 이상, 예를 들어 1.0 이상 또는 1.5 이상일 수 있다. 또한, B/A 비는, 반사율을 작게 하는 관점에서는, 바람직하게는 1.00 이하, 보다 바람직하게는 2.00 이하, 더욱 바람직하게는 1.50 이하, 보다 바람직하게는 1.00 이하, 예를 들어 0.70 이하 또는 0.60 이하일 수 있다.
인접하는 볼록부 간의 거리(이하, 「피치」라고도 함)는 바람직하게는 가시광의 파장 이하, 예를 들어 바람직하게는 약 30 내지 500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 400㎚, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 300㎚일 수 있다. 여기에, 「인접하는 볼록부 간의 거리」란, 오목부의 최하부에 있어서의 거리를 의미한다.
볼록부의 애스펙트비(볼록부의 높이/볼록부의 최하부의 직경)는, 바람직하게는 약 0.8 내지 5.0, 보다 바람직하게는 1.2 내지 4.0, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.0이다. 오목부의 애스펙트비를 1.0으로 함으로써, 보다 반사율이 낮아진다.
바람직한 형태에 있어서, 본 발명의 반사 방지막은, 대략 원기둥상의 볼록부를 갖고, 반사율이 0.1% 이하이고, 파장 500㎚에 있어서의 투과율이 90% 이상이며, 볼록부의 높이 10㎚에 있어서의 직경 A와, 볼록부의 정상부로부터 10㎚에 있어서의 직경 B의 비(B/A)가 0.30 이상 2.00 이하일 수 있다.
하나의 형태에 있어서, 상기 반사 방지층의 오목부에는 다른 재료가 충전되어 있어도 된다.
다른 재료로서는, 볼록부를 구성하는 재료의 굴절률보다도 굴절률이 큰 재료가 바람직하고, 유기 재료 또는 무기 재료 모두 사용할 수 있다. 다른 재료 중에 굴절률이 큰 재료, 예를 들어 나노 다이아를 분산시켜도 된다.
상기와 같이 오목부를 다른 재료로 충전함으로써, 오목부에 반사 방지막의 투명도에 악영향을 미치는 물질이 충전되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 반사 방지막은, 반사율이 낮고, 투명도가 높기 때문에, 다양한 용도, 예를 들어 자동차 유리, 디스플레이의 전면 패널, 쇼윈도의 유리 등에 적합하게 사용할 수 있다.
실시예
실시예 1: 임프린트용 몰드의 배치 제조
12cmφ 실리콘을 포함하는 마스터 몰드(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚의 필러 형상)에, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 수분산체(다이킨 고교 가부시키가이샤 제조 D-210C)를 스핀 코팅하여 코팅하고, 380℃에서 가열 용융한 후, 저에너지 전자선을 사용하여, 질소 분위기 하에서 전자선을 600kGy 조사했다(조사 조건: 가속 전압 250kV).
이어서, 그 박막 위에 마찬가지의 조작으로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 수분산체를 30㎛가 될 때까지 코팅 및 전자선 조사를 반복하고, 실리콘을 포함하는 마스터 몰드로부터 필름을 박리하여, 마스터 몰드의 미세 패턴을 정확하게 반전시킨 홀 형상으로 이루어지는 미세 패턴을 갖는 나노임프린트용 필름 몰드를 형성하였다.
이어서, PET 필름(E5100 표준 타입: 두께 100㎛, 도요보 제조, 표면 코로나 처리)을 사용하여, 코로나 처리면 위에 막 두께가 1㎛가 되도록 광경화성 수지(빔 세트 BM-200, 아라카와 가가쿠 제조)를 스핀 코팅하여 접착층을 형성하였다. 또한 그 위에, 상기에서 얻어진 나노임프린트용 필름 몰드의 이면을 적층시켜서, UV 조사형 벨트 컨베이어로 2J 조사하도록 UV 광을 부여하고, 필름 몰드와 기재를 접착 경화하여, 적층 몰드를 얻었다.
실시예 2: 임프린트용 몰드의 배치 제조
12cmφ 실리콘을 포함하는 마스터 몰드(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚의 필러 형상)에, 퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA)의 수분산체(다이킨 고교 가부시키가이샤 제조)를 코팅하고, 350℃에서 가열 용융한 후, 저에너지 전자선을 사용하여, 질소 분위기 하에서 전자선을 600kGy 조사했다(조사 조건: 가속 전압 250kV). 이어서, 그 박막 위에 마찬가지의 조작으로, 퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA)의 수분산체를 30㎛가 될 때까지 코팅 및 전자선 조사를 반복하고, 실리콘을 포함하는 마스터 몰드로부터 필름을 박리하여, 마스터 몰드의 미세 패턴을 정확하게 반전시킨 홀 형상을 포함하는 미세 패턴을 갖는 나노임프린트용 필름 몰드를 형성하였다.
이어서, 상기에서 얻어진 나노임프린트용 필름 몰드를, 실시예 1과 마찬가지로, PET 필름과 접착층을 개재하여 적층해서 적층 몰드를 얻었다.
실시예 3: 임프린트용 몰드의 배치 제조
12cmφ 실리콘을 포함하는 이형 처리된 마스터 몰드(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚)를 퍼플루오로알콕시 공중합체(PFA) 필름에, 나노임프린트 장치를 사용하여, 퍼플루오로폴리에테르계의 이형제로 처리한 상기 마스터 몰드의 패턴을 300℃에서 정확하게 반전시킨 패턴 형상을 갖는 임프린트용 필름 몰드를 형성하였다. 또한, 얻어진 필름 몰드 표면의 경도를 높이기 위해서, 실온 하에서 저에너지 전자선을 사용하여, 질소 분위기 하에서 전자선을 200kGy 조사했다(조사 조건: 가속 전압 250kV).
이어서, 상기에서 얻어진 나노임프린트용 필름 몰드를, PET 필름 대신 COP 필름을 사용하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 적층 몰드를 얻었다.
얻어진 적층 몰드의 표면을 주사형 전자 현미경에 의해 관찰하였다. 관찰한 결과, 직경은 230㎚, 피치는 460㎚, 깊이는 200㎚였다. 촬영한 사진을 도 1에 도시한다.
실시예 4: 임프린트용 몰드의 연속 제조
도 2에 도시하는 바와 같이, 시험예 3에서 사용한 PFA 필름(130)을 필름 롤(131)로부터 연속하여 압출하고, 임프린트 장치(133)를 사용하여, 퍼플루오로폴리에테르계의 이형제로 처리한 니켈 금속을 포함하는 마스터 몰드(132)(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚)를, PFA 필름(130)에 100℃에서 접촉시켜서, PFA 필름(130)에 패턴을 전사하였다. 그 후, 복수의 롤(134)에 의해, 냉각 등의 가공을 행하고, 절단기(135)를 사용하여 원하는 크기로 절단하여, 연속적으로 임프린트용 필름 몰드를 형성하였다. 또한, 얻어진 필름 몰드 표면의 경도를 높이기 위해서, 실온 하에서 저에너지 전자선을 사용하여, 질소 분위기 하에서 전자선을 200kGy 조사했다(조사 조건: 가속 전압 250kV).
이어서, 상기에서 얻어진 나노임프린트용 필름 몰드를, PET 필름 대신 COP 필름을 사용하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 적층 몰드를 얻었다.
얻어진 적층 몰드의 표면을 주사형 전자 현미경에 의해 관찰한 결과, 직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚의 패턴이 양호하게 형성되어 있음이 확인되었다.
시험예 1: 이형 내구성 시험
실시예 1 및 2에서 얻어진 적층 몰드의 요철면 위에 광경화 수지(상품명 PAK-01 도요 고세이사 제조)를 0.2ml 적하하고, 그 위에 폴리카르보네이트 필름을 씌워, Step & Repeat 방식을 포함하는 연속식 광 나노임프린트 장치를 사용해 1.0㎫로 가압함과 동시에 자외선 조사(10mW/㎠)를 20초간 행함으로써, 광경화 수지에 의한 상기 적층 몰드와의 이형성 시험을 행하였다. 이 이형성 시험을 연속해서 행하여, 225회마다 적층 몰드 표면의 정적 접촉각(물)을 계측하였다. 정적 접촉각은, 접촉각 측정 장치를 사용하여, 물 1μL에서 실시하였다. 결과를 도 3에 도시한다.
시험예 2: 굽힘 탄성 시험
실시예 2 및 4에서 얻어진 적층 몰드의 굽힘 탄성률을, 순 굽힘 시험기로 측정하였다. 비교예 1로서, 실시예 1에서 제조한 PTFE의 필름 몰드(적층하고 있지 않음)의 굽힘 탄성률을 마찬가지로 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112017069076684-pct00001
비교예 2
비교예 2로서, PET 필름 몰드(소켄 가가쿠 제조, 직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚)를 사용하여, 상기 시험예와 마찬가지로 광경화 수지에 의한 PET 필름 몰드와의 이형성 시험을 실시하였다. 결과를 도 3에 도시한다.
비교예 3
비교예 3으로서, 종래의 퍼플루오로폴리에테르계의 이형제로 처리한 석영을 포함하는 마스터 몰드(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚)를 사용하여, 상기 시험예와 마찬가지로 광경화 수지에 대하여 이형성 시험을 실시하였다. 결과를 도 3에 도시한다.
비교예 4
비교예 4로서, 종래의 퍼플루오로폴리에테르계의 이형제로 처리한 니켈을 포함하는 마스터 몰드(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚)를 사용하여, 상기 시험예와 마찬가지로 광경화 수지에 대하여 이형성 시험을 실시하였다. 결과를 도 3에 도시한다.
도 3으로부터 명백해진 바와 같이, 실시예 1 및 2의 적층 몰드는, 비교예 2 내지 4에 나타내는 종래품 등과 비교하여 이형 횟수가 500회를 초과해도 100°를 초과하는 접촉각을 유지할 수 있었다. 한편, 비교예 2의 PET 필름 몰드는 450회를 초과하면 100° 이하가 되고, 비교예 3 및 4의 이형 처리를 실시한 석영 및 니켈 몰드는, 200회 미만에서 100° 이하가 되었다.
실시예 4
실시예 3에서 얻어진 적층 몰드 위에 광경화 수지(상품명 PAK-01 도요 고세이사 제조)를 0.2ml 적하하고, 그 위에 폴리카르보네이트 필름을 씌워, Step & Repeat 방식을 포함하는 연속식 광 나노임프린트 장치를 사용해 1.0㎫로 가압함과 동시에 자외선 조사(10mW/㎠)를 20초간 행하였다.
그 후, 수지제 몰드의 패턴면을 관찰하고, 몰드에는 전사 결함이 없음을 확인하였다. 또한, 전사 완료 수지에 대해서, 주사형 전자 현미경 및 원자간력 현미경으로 패턴면을 관찰한 결과, 패턴이 양호하게 형성되어 있음이 확인되었다(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚). 또한, 이 수지제 몰드를 사용해서 900샷의 연속 광 나노임프린트를 행하였다. 그 결과, 전사 결함이 없이 양호하게 임프린트할 수 있음이 확인되었다.
실시예 5
실시예 4에서 사용한 광경화 수지 대신에 졸겔계 재료(수소 실세스퀴옥산(Hydrogen Silsesquioxane: HSQ))를 사용하고, 이것을 유리 기판 위에 도포하여, 40㎫로 임프린트한 결과, 졸겔계 소재가 패턴 형성되어 있는 것이 원자력간 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)의 단면 관찰로 확인되었다(직경 230㎚, 피치 460㎚, 깊이 200㎚). 또한, 이 수지제 몰드를 사용해서 5샷의 연속 임프린트를 행하였다. 그 결과, 전사 결함 없이 임프린트할 수 있음이 확인되었다.
시험예 3: 반복 나노임프린트 시의 이형력 측정
실시예 1 및 3에서 얻어진 적층 몰드 및 비교예 2의 PET 필름 몰드면 위에 광경화 수지(상품명 PAK-01 도요 고세이사 제조)를 0.2ml 적하하고, 그 위에 폴리카르보네이트 필름을 씌워, Step & Repeat 방식을 포함하는 연속식 광 나노임프린트 장치를 사용해 1.0㎫로 가압함과 동시에 자외선 조사(10mW/㎠)를 20초간 행함으로써, 광경화 수지와 상기 적층 몰드의 이형력을 평가하였다.
실시예 1 및 3의 적층 몰드에 있어서의 450회 및 900회 이형 시의 이형력은 각각 약 2.0N(실시예 3: 450회), 약 8.0N(실시예 1: 450회), 및 약 4.0N(실시예 3: 900회), 약 8.0N(실시예 1: 900회)이었지만, 비교예 2의 필름 몰드는 약 8.0N(450회)이지만 그래프로부터 이형력이 불안정하기 때문에 몰드로서의 사용에 적합하지 않은 것이 확인되었다.
본 발명의 적층 나노임프린트 몰드는, 적당한 감촉 경도를 갖고, 이형성이 우수하므로, 무기 재료를 포함하는 다양한 재료의 나노임프린트에 적합하게 사용할 수 있다.
130: 필름
131: 필름 롤
132: 마스터 몰드
133: 임프린트 장치
133: 롤
133: 절단기

Claims (12)

  1. 표면에 요철 구조를 갖는 열가소성 불소 수지를 갖는 성형체로서, 2.0㎬ 내지 20㎬의 굽힘 탄성률을 갖는 성형체이며,
    상기 요철 구조의 오목부의 깊이는 30 내지 500㎚이고,
    상기 오목부의 애스펙트비는 0.8 내지 5.0이고,
    인접하는 오목부 간의 거리는 30 내지 500㎚이고,
    당해 성형체는 졸겔계 재료용 임프린트 몰드인, 성형체.
  2. 제1항에 있어서, 졸겔계 재료는 수소 실세스퀴옥산인, 성형체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열가소성 불소 수지가, 100℃ 이상의 융점을 갖고, 20질량% 이상의 불소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 성형체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열가소성 불소 수지가, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 퍼플루오로알콕시 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성형체.
  5. 수지 재료로 형성되는 지지체와,
    지지체 위에 위치하는 바인더층과,
    바인더층 위에 위치하고, 표면에 요철 구조를 갖는 불소 함유층
    을 갖고,
    불소 함유층이, 열가소성 불소 수지로 형성되어 있는 적층체이며,
    상기 요철 구조의 오목부의 깊이는 30 내지 500㎚이고,
    상기 오목부의 애스펙트비는 0.8 내지 5.0이고,
    인접하는 오목부 간의 거리는 30 내지 500㎚이고,
    당해 적층체는 졸겔계 재료용 임프린트 몰드인, 적층체.
  6. 제5항에 있어서, 졸겔계 재료는 수소 실세스퀴옥산인, 적층체.
  7. 제6항에 있어서, 열가소성 불소 수지가, 100℃ 이상의 융점을 갖고, 20질량% 이상의 불소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 적층체.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 2.0㎬ 내지 20㎬의 굽힘 탄성률을 갖는, 적층체.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 열가소성 불소 수지가, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 퍼플루오로알콕시 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 적층체.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 열가소성 불소 수지가, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리불화비닐리덴 또는 폴리클로로트리플루오로에틸렌으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 적층체.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서, 지지체를 형성하는 수지 재료가, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 환상 폴리올레핀, 변성 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리카르보네이트, 폴리-(4-메틸펜텐-1), 아이오노머, 아크릴계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴-스티렌 공중합체, 부타디엔-스티렌 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로헥산테레프탈레이트, 폴리에테르, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥시드, 변성 폴리페닐렌옥시드, 폴리아릴레이트, 방향족 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르, 실리콘 수지 및 폴리우레탄으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인, 적층체.
  12. 제6항 또는 제7항에 있어서, 바인더층이 광경화성 수지로 형성되어 있는, 적층체.
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