KR102142307B1 - 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물 및 그 제조 방법 - Google Patents

건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 건식접착을 위한 미세 패턴 구조물과 이의 적용 방법 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접착력을 증진시킬 수 있는 구조를 포함하는 미세 패턴 구조물과 이를 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Description

건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물 및 그 제조 방법{A fine pattern structure capable of dry adhesion function and a manufacturing method thereof}
본 발명은 건식접착을 위한 미세 패턴 구조물과 이의 적용 방법 및 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접착력을 증진시킬 수 있는 구조를 포함하는 미세 패턴 구조물과 이를 용이하게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
접착제는 일반적으로 습식 형태의 접착제와 건식 형태의 접착제로 구분할 수 있다. 예를 들면, 필름에 접착물질을 도포한 접착 테이프는 대표적인 습식 접착제로써 널리 사용되고 있고 접착력도 우수하지만, 한번 사용하면 재사용이 어렵고 분리시킨다고 하여도 기판, 신체의 특정 부위, 가구의 표면, 건물의 내벽 등의 접착 대상물이 손상되거나, 접착 대상물의 표면에 접착 물질이 남게 되는 문제점이 있다.
최근에는 자연에서 관찰되는 구조물의 형태에 착안한 여러 건식 형태의 접착제를 개발하여 이러한 문제점을 해결하기 위한 시도가 활발히 이루어지고 있다. 예를 들면, 강한 접착력을 가지고 있을 뿐만 아니라 접착력을 용이하게 제어할 수 있는 도마뱀붙이(Gecko)의 발바닥이나 문어의 빨판 등에서 발견되는 미세 구조에서 착안한 각종 접착구조물이 개발되고 있다.
구체적으로 대한민국 공개특허공보 제10-2008-86340호에는 기판 등의 작업 대상물을 긴밀하게 고정하기 위하여 복수의 나노 섬모가 형성된 척이 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허공보 제10-2008-84215호에는 섬모구조를 이용한 접착력의 제어가 가능한 방향성 접착구조물 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-32719호에도 나노섬모를 이용하여 기판을 고정하는 장치가 개시되어 있다.
한편, 미세 섬모 구조물의 접착 대상물에 대한 접착력을 증대시키기 위해서는 반데르발스(van der Waals force)이 커지도록 미세섬모의 말단부와 접착 대상물의 접촉면적을 넓히는 것이 필요하다. 이를 위하여 미세섬모의 말단부를 평편하게 하거나, 돌출되게 하는 등의 방법이 있다.
한국공개특허 제10-2009-32719호
본 발명은 상기한 건식 접착 기능을 갖는 미세 패턴 구조물의 말단부를 넓히기 위하여 제조공정 상 한계를 갖고 있던 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 열경화형 수지의 적용과 진공 방식 적용으로 제조 공정이 길고 복잡하였던 문제를 해결할 수 있도록, UV imprint 공정의 적용과 진공 공정을 적용하지 않은 연속 공정을 통해 용이하게 제품을 만들어 낼 수 있는 공정을 이용하여 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 용이하게 제조하는 방법과 그에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서:
상기 미세 패턴 구조물을 기판에 제공하는 단계;
블랭킷 몰드의 일면에 자외선 경화형 수지를 포함하는 레진(resin)을 도포하여 레진층를 형성하는 단계;
상기 블랭킷 몰드에 도포된 상기 레진층과 상기 기판에 제공된 미세 패턴 구조물의 단부를 접촉시키는 단계; 및
상기 레진층에 자외선을 조사하여 상기 레진층을 부분 경화시키는 단계;
상기 기판에 제공된 미세 패턴 구조물을 상기 레진층으로부터 이형시키는 단계를 포함하고,
상기 레진층의 부분 경화 시 산소장애 효과를 이용하여 상기 미세 패턴 구조물의 단부에 인접한 레진이 경화되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 자외선 경화형 수지로부터 이형된 상기 기판에 제공된 미세 패턴 구조물의 단부에는 건식 접착 패턴이 형성됨으로써, 상기 미세 패턴 구조물의 건식 접착 기능이 향상되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 자외선 경화형 수지로부터 이형된 상기 미세 패턴 구조물의 단부에 형성된 레진을 후경화시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 자외선 경화형 수지는 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 블랭킷 몰드는 투명한 가요성 소재로 제조된 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 가요성 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 실리콘 수지, 폴리우레탄(PU), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 중에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 레진층에 자외선을 조사하여 상기 레진층을 부분 경화시키는 단계에서 상기 자외선은 상기 블랭킷 몰드의 상기 레진이 도포된 상기 일면의 타측 면으로부터 상기 블랭킷 몰드에 도포된 상기 레진 쪽으로 조사되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 블랭킷 몰드는 파장이 100 내지 450nm인 상기 자외선을 30% 이상 투과시키는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 자외선의 조사 방향은 상기 블랭킷 몰드의 상기 일면에 수직한 가상선과의 각도가 0° 내지 25°인 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 블랭킷 몰드 상에 자외선 경화형 수지를 포함하는 레진을 도포하는 단계는 잉크젯, 실크스크린, 슬롯다이, 마이크로 그라비아, 또는 바 코터 방식일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 레진층은 10μm 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
기존의 알려진 건식 접착 구조물은 단부의 형상이 용이하게 복제하기 어려운 구조를 갖고 있으며, 이러한 구조를 구현하기 위해서는 시간과 비용이 상당한 수준으로써 양산 적용에 어려움이 있다. 본 발명에 따르면, 일차로 만들어진 통상의 기둥 패턴에 단부를 추가 형성함으로써 부착성능이 획기적으로 증가하는 건식 접착 제품을 연속적으로 생산할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 또한 기존의 복잡 단부 형상을 만들기 위해 마스터를 가공 시 실리콘 기판 상에 포토리소그라피와 RIE와 같은 반응성 건식 식각 공정 등의 복잡한 반도체 공정을 거쳐야 하기 때문에 제품의 크기에 제약과 고비용이 따르는 것을 해소할 수 있다. 또한, 이러한 방법으로 기판의 크기의 제약 없이 건식 접착 표면을 만드는 것이 가능하므로, 본 발명에 따른 공정 방법을 적용하여 대면적 건식 접착 제품을 제조할 수 있어, 당업계에 기여하는 바가 지대하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법의 각 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법에서의 미세 패턴 구조물의 단부에 건식 접착 패턴을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도 및 사시도들이다.
도 3은 블랭킷 몰드에 도포된 레진과 기판에 제공된 미세 패턴 구조물이 접촉한 상태를 나타내는 종단면도다.
도 4는 기판 측에서 블랭킷 몰드 측 방향으로 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내는 종단면도다.
도 5는 기판 측에서 블랭킷 몰드 측 방향으로 자외선을 조사했을 때의 광 경로를 설명하기 위한 종단면도다.
도 6a 내지 6f는 블랭킷 몰드 측 방향에서 기판측으로 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내는 종단면도다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 자외선 경화 공정 전 후의 구조를 확인할 수 있는 현미경 사진이다.
본 발명에 따른 미세 패턴 구조물 말단부 형성을 위한 잉킹(Inking) 방법 및 장치는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, (1) 투명하고 유연한 몰드를 사용하며, (2) 자외선 경화형 수지를 얇게 도포하고, (3) 이미 만들어진 기둥 형상의 제품을 자외선 경화형 수지가 도포된 상면에 접촉 시킨 후, (4) 자외선을 조사하고, 산소장애를 이용하여 접촉 부분 및 인접한 영역을 경화시키는 것 등을 주요 특징으로 한다.
본 발명이 요지로 하는 바는 다음과 같다.
(1) 건식 접착 기능의 구현을 위해 미세 패턴 구조물 말단의 형상을 용이하게 성형하기 위한 공정 방법으로서, 통상의 말단부 형성되지 않은 일반 패턴 제품과, 통상의 도포 방식과, 도포하는 수지는 자외선 경화형 수지 단독 혹은 아세톤, 알콜, MEK, Toluene, PGMEA 등의 용매를 함유한 자외선 경화형 수지를 적용하는 것과, 도포되는 두께는 건조 후 10um 이하의 층을 형성하는 것과, 도포면은 이후 경화 공정 후 이형이 용이하고 반복 사용이 가능한 블랭킷 몰드와, 일반 패턴 제품과 도포면을 접촉 시키는 공정과, 자외선을 조사하여 일반 패턴 제품의 말단의 일정 영역까지 경화시키는 방법과, 건식 접착 제품의 이형과 반복 연속 생산을 위한 공정 방법을 특징으로 한다.
(2) (1)에 있어서, 상기 말단부 형성되지 않은 일반 패턴 제품은 단부가 기둥의 두께보다 크지 않으며, 공정 후 단부의 넓이가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
(3) (1)에 있어서, 상기 도포 방식은 잉크젯, 실크스크린, 슬롯다이, 마이크로 그라비아, 바 코터 등의 통상의 도포 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.
(4) (1)에 있어서, 상기 도포하는 수지는 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 등을 포함하는 자외선 경화형 수지인 것을 특징으로 한다.
(5) (1)에 있어서, 상기 도포되는 두께는 10μm 이하인 것을 특징으로 한다.
(6) (1)에 있어서, 상기 몰드는 반복 사용이 가능하고 이형 특성이 우수한 유연 고분자 몰드를 특징으로 한다.
(7) (1)에 있어서, 상기 자외선 조사에 의한 단부 성형은 라디칼 중합의 산소장애 특성을 이용하여 패턴에 접촉하는 영역과 인접 영역만이 경화되도록 하여 단부 형상 및 확장 넓이를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법의 각 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 2a 내지 도 2f는 도 1에 따른 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법에서의 미세 패턴 구조물의 단부에 건식 접착 패턴을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도 및 사시도들이다. 도 3은 블랭킷 몰드에 도포된 레진과 기판에 제공된 미세 패턴 구조물이 접촉한 상태를 나타내는 종단면도다. 도 4는 기판 측에서 블랭킷 몰드 측 방향으로 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내는 종단면도다. 도 5는 기판 측에서 블랭킷 몰드 측 방향으로 자외선을 조사했을 때의 광 경로를 설명하기 위한 종단면도다. 도 6a 내지 6f는 블랭킷 몰드 측 방향에서 기판측으로 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내는 종단면도다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 자외선 경화 공정 전 후의 구조를 확인할 수 있는 현미경 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 보통의 미세 패턴 구조를 준비하고 블랭킷 몰드(blanket mold) 위에 수지를 도포하는 공정과 준비된 패턴 구조물과 도포된 수지와의 접촉 공정을 진행하며, 이후 자외선 조사 공정으로 부분 경화시킨 후 이형 공정을 진행한다. 이후 필요에 따라 후경화를 실시할 수 있다. 특히 수지로서는 자외선 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서 구체적인 실시예를 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2f를 참조하면, 먼저 미세 패턴 구조를 갖는 패턴 구조물(이하, "미세 패턴 구조물"이라 함)(10)을 제공한다(단계 S10). 이 때, 미세 패턴 구조물(10)을 기판(20)에 접촉하여 제공한다. 기판(20)에 접촉된 미세 패턴 구조물(10)은 후술할 단계 S30에서 레진(30)에 미세 패턴 구조물(10)을 접촉하게 된다. 단계 S10에서 제공되는 미세 패턴 구조물(10)은 접착력을 거의 갖지 못하는 구조물일 수 있다. 미세 패턴 구조물(10)의 소재는 예를 들면 실리콘 수지, 실리콘 아크릴레이트, 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등일 수 있다. 또한, 미세 패턴 구조물(10)은 메탈메쉬의 종류에 해당하는 것일 수 있으며, 또는 복합쉬트의 용도에 사용되는 것일 수 있다. 미세 패턴 구조물(10) 상의 미세 패턴 구조는, 일 실시양태로 마이크로 구조물의 패턴일 수 있으며, 예를 들면, 육각형 배열이 이어져 있는 마이크로 구조물의 패턴이고 패턴의 단부의 폭은 약 13μm일 수 있다.
또한, 다른 실시양태로, 상기 마이크로 구조물의 패턴은 단부가 기둥의 두께보다 크지 않으며, 후술할 단계 S20 내지 S50을 수행한 후의 상기 마이크로 구조물의 패턴은 건식 접착 패턴(50, 단계 S30 참조)으로 인하여, 마이크로 구조물의 패턴의 단부 부분의 넓이가 넓어질 수 있다.
본 발명의 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법을 적용하기 전의 미세 패턴 구조물(10)은 기판(20)에서 멀어질수록 폭이 좁아지는 구조일 수 있다. 미세 패턴 구조물(10)에 본 발명의 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법이 적용되면 미세 패턴 구조물(10)의 단부에 경화된 레진이 붙기 때문에 미세 패턴 구조물(10)의 단부 폭은 더 커질 수 있다.
기판(10)은 자외선이 투과될 수 있고 미세 패턴 구조물(10)을 지지할 수 있는 기판이면 되고, 예를 들면, 실리콘 기판, 금속 기판, 고분자 기판, 유리 기판, PET 필름, 및 TPU 필름 등일 수 있다.
다음, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 블랭킷 몰드(40) 상에 레진(30)을 도포한다(단계 S20). 레진(30)은 자외선 경화형 수지를 포함한다. 일 실시양태로서, 도포되는 레진(30)은 자외선 경화형 수지 단독일 수 있고, 다른 실시양태로서, 아세톤, 알콜, MEK, Toluene, PGMEA 등의 용매를 함유한 자외선 경화형 수지일 수 있다. 바람직하게는 아세톤, 알콜, MEK, Toluene, PGMEA 등의 용매를 함유한 레진(30)이 블랭킷 몰드(40)에 도포되면 열 건조(IR or Dry)를 통해 용매를 휘발시킨 후 자외선 경화를 진행할 수 있다. 용매를 함유할 경우 열 건조 없이 자외선 경화만 실시할 경우 제품에 크랙, 수축, 팽창, 가스 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 열 건조 후 자외선 경화를 하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 자외선 경화형 수지는 예를 들면, 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 또는 실리콘 아크릴레이트 등일 수 있다. 블랭킷 몰드(40)는, 일 실시양태로서, 블랭킷 몰드(40) 상에 레진(30)이 고르게 도포 될 수 있도록 평평한 평면의 형상을 갖는 것이면 충분하다. 예를 들면, 블랭킷 몰드(40)는 평평한 평면의 형상을 갖고 투명하고 유연한 연질의 몰드일 수 있다. 또한, 예를 들면, 블랭킷 몰드(40)는 반복 사용이 가능하고 도포 시 젖음성이 우수하고 이형 특성이 양호한 것일 수 있다. 한편, 레진(30)의 도포되는 두께는 열건조 후 10 μm 이하, 바람직하게는 미세 패턴 구조물(10)의 기둥 폭의 약 15% 이하, 더욱 바람직하게는 약 10% 일 수 있다.
블랭킷 몰드(40)는 투명한 가요성 소재일 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 실리콘 수지, 폴리우레탄(PU), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 중에서 선택되는 가요성 소재일 수 있다.
다음, 도 2c 및 2d에 도시된 바와 같이, 블랭킷 몰드(40) 상에 도포된 레진(30)에 기판(20)에 접촉된 미세 패턴 구조물(10)을 접촉시킨다(단계 S30). 도 2에 도시된 바와 같이, 블랭킷 몰드(40) 상에 도포된 레진(30)의 표면에 미세 패턴 구조물(10)이 접촉되게 된다. 이 때, 일 실시양태로서는, 미세 패턴 구조물(10) 상의 미세 패턴 구조의 단부가 아직 경화되지 않은 레진(30)에 침지될 수 있다.
레진(30) 도포 두께는 1 μm 이상일 수 있다. 본 발명의 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물 제조 방법에서는 공정에 Roll To Roll 코팅 방법이 사용될 수 있다. Roll To Roll 코팅에서 가공 소재에 적층되는 층의 두께가 1 μm 이하가 되면 불량률이 상승하기 때문에 레진(30) 도포 두께는 1 μm 이상인 것이 바람직할 수 있다.
다음, 레진(30)에 자외선을 조사하여 레진(30)을 부분 경화시킨다(단계 S40). 보다 구체적으로, 본 발명에서는 산소 장애 효과를 이용하여 레진(30)을 선택적으로 부분 경화시킨다. 즉, 미세 패턴 구조물(10)의 미세 패턴 구조의 단부에 접촉하거나 인접한 부분의 레진은 경화되지만, 나머지 레진(30)은 산소 장애 효과로 경화가 제대로 이루어 지지 않게 된다.
한편, 블랭킷 몰드(40) 상에 도포된 레진(30)이 예시적으로 점도가 250cPs이고 2μm의 두께로 도포되는 경우에, 상기 레진(30)에 미세 패턴 구조물(10)을 접촉시키고 UV-A 영역의 파장을 갖는 자외선을 100mJ 조사하여, 레진(30)을 부분 경화시킬 수 있다.
자외선은 기판(20)의 상측 또는 블랭킷 몰드(40)의 하측에서부터 조사될 수 있다. 즉, 자외선의 광원은 레진(30)의 상측 또는 하측에 존재할 수 있으며, 바람직하게는 블랭킷 몰드(40)의 하측에서 레진(30)을 바라보며 자외선이 조사될 수 있다. 구체적으로는, 자외선은 블랭킷 몰드(40)의 하측 면에서 블랭킷 몰드(30)의 상측 면으로 투과되도록 조사되는 것일 수 있다.
도 3은 블랭킷 몰드에 도포된 레진과 기판에 제공된 미세 패턴 구조물이 접촉한 상태를 나타내는 종단면도다. 이하, 도 3과 같이 기판(20), 미세 패턴 구조물(10), 레진(30), 블랭킷 몰드(40)가 배치된 상태에서 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 도 4 내지 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 기판 측에서 블랭킷 몰드 측 방향으로 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내는 종단면도다. 도 4에 표시된 광선의 분포를 보면 미세 패턴 구조물(10)의 단부의 양측으로 광이 조사되지 않는 것을 볼 수 있다. 이하, 도 4의 시뮬레이션 결과를 도 5를 참조하여 설명한다.
자외선은 블랭킷 몰드(40) 또는 기판(20)에 수직한 방향으로 조사되는 것이 바람직하지만, 실제 광은 점 광원에서 방사되기 때문에 블랭킷 몰드(40) 또는 기판(20)에 수직한 방향에서 약간의 각도를 가지고 조사될 수 있다. 미세 패턴 구조물(10)이 기판(20)에 접촉하는 면적이 형성하는 영역 바깥에서 조사되는 광 P1은 기판(20) 소재의 굴절률이 대기 또는 공정 가스(자외선이 조사되는 공간을 채우는 기체)의 굴절률보다 크기 때문에 약간이라도 기울기를 가지고 조사되면 입사된 각도보다 더 크게 꺾여서 광 P1은 미세 패턴 구조물(10)의 단부에서 멀어진 위치로 조사될 수 있다. 광 P1의 기울기가 도 5에 도시된 것과 반대로 미세 패턴 구조물(10)에 가까워지는 방향의 각도로 광 P1이 조사되더라도 레진(30)에 광 P1이 도달하기 전에 미세 패턴 구조물(10)에 부딪치게 되면 광 P1은 반사되거나 미세 패턴 구조물(10) 내부에 귀속되어 미세 패턴 구조물(10)의 단부에 도달할 수 없을 수 있다. 미세 패턴 구조물(10)이 기판(20)에 접촉하는 면적이 형성하는 영역 안쪽에서 조사되는 광 P2는 미세 패턴 구조물(10)의 굴절률이 대기 또는 공정 가스의 굴절률보다 크기 때문에 전반사 효과에 의해서 미세 패턴 구조물(10) 내부에 귀속되어 밖으로 나올 수 없을 수 있다. 미세 패턴 구조물(10)이 기판(20)에 접촉하는 면적이 형성하는 영역의 경계에서 조사되는 광 P3이 아주 이상적으로 기판(20)의 표면에 수직하게 입사되는 경우가 미세 패턴 구조물(10)의 단부에 가장 인접에서 자외선이 조사될 수 있다. 하지만, 이 경우에도 미세 패턴 구조물(10)이 기판(20)에 접촉하는 면적과 미세 패턴 구조물(10)의 단부 면적이 차이가 있기 때문에 일정 거리 D 만큼 이격될 수 밖에 없으며, 자외선을 아주 이상적으로 기판(20)에 수직하게 조사하기도 어렵다. 따라서, 자외선은 블랭킷 몰드(40)의 하부 면에서 블랭킷 몰드(30)의 상부 면으로 투과되도록 조사하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 자외선은 블랭킷 몰드의 레진이 도포된 일면의 타측 면으로부터 블랭킷 몰드에 도포된 레진 쪽으로 조사되는 것일 수 있다.
블랭킷 몰드(40)는 파장이 100 내지 450nm인 자외선이 블랭킷 몰드(40)의 하측 면에서 상측 면으로 투과될 때 자외선을 30% 이상 투과시키는 것일 수 있다. 바람직하게는 자외선의 파장은 365nm, 385nm, 395nm, 405nm, 및 415nm 중에서 선택되는 하나 이상의 것일 수 있다. 30% 이하의 투과율의 블랭킷 몰드(40)를 사용할 경우 블랭킷 몰드(40)에서 발생하는 열에 의해서 기판(20), 미세 패턴 구조물(10) 등 주변의 소재에 변형이 발생할 수 있다.
자외선의 조사 방향은 블랭킷 몰드(40)의 상측 면 또는 하측 면에 수직한 가상선과의 각도가 0° 내지 25°인 것일 수 있다.
도 6a 내지 6f는 블랭킷 몰드(40) 측 방향에서 기판(10)측으로 자외선을 조사했을 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내는 종단면도다. 구체적으로는, 6a는 자외선의 조사 방향과 가상선과의 각도가 0°일 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내 것이고, 6b는 자외선의 조사 방향과 가상선과의 각도가 1°일 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내 것이며, 6c는 자외선의 조사 방향과 가상선과의 각도가 3°일 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내 것이고, 6d는 자외선의 조사 방향과
가상선과의 각도가 5°일 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내 것이며, 6e는 자외선의 조사 방향과 가상선과의 각도가 15°일 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내 것이고, 6f는 자외선의 조사 방향과 가상선과의 각도가 25°일 때의 광선 추적(ray tracing) 시뮬레이션 결과를 나타내 것이다. 조사 각도가 25°이상 일 때에는 미세 패턴 구조물(10) 단부의 좌우측 자외선 조사량의 차이가 2배 이상이 되며, 이러한 경우에는 미세 패턴 구조물(10) 이 비틀리거나 블랭킷 몰드(40) 와 레진(30) 분리 시에 문제가 발생할 수 있다.
일반적으로는, 자외선 경화형 수지는 산소가 없을 시에 경화 효과가 좋아진다. 즉, 공기 중의 산소에 의해 자외선 경화형 수지가 경화되지 않는 것을 산소 장애 현상이라고 하는데, 산소 장애 현상이 없는 자외선 경화형 수지는 고가여서 제작 단가가 높아지는 단점이 있다. 또한 일반적인 자외선 경화형 수지를 이용하는 경우, 산소가 자유-라디칼(free-radical) 중합반응에서 광개시제의 라디칼과 반응하여 레진의 중합반응을 방해한다. 따라서 레진의 표면이 충분히 경화되지 못하여 부분 경화된 패턴 표면이 점착성을 갖게 되고 고분자 패턴의 광학특성 및 표면특성을 저하시키는 등 부정적인 작용을 한다. 그러나, 본 발명에서는 오히려 산소에 의한 부분 경화 현상을 적극적으로 이용하여, 산소의 제거를 위하여 별도의 수고를 하지 않아도 될 뿐만 아니라, 제작 단가도 낮출 수 있는 한편, 미세 패턴 구조물(10)의 미세 패턴 구조의 단부에 접촉한 부분의 레진(30')만을 선택적으로 경화시킬 수 있도록 한다.
다음, 도 2e 및 2f에 도시된 바와 같이, 블랭킷 몰드(40) 상에 도포된 레진(30)으로부터 기판(20)에 접촉된 미세 패턴 구조물(10)을 이형시킨다(단계 S50). 상술한 바와 같이, 본 발명은 산소 장애 효과를 이용하여 레진(30)을 부분 경화시켰으므로, 블랭킷 몰드(40) 상에 도포된 레진(30)으로부터 기판(20)에 접촉된 미세 패턴 구조물(10)을 이형시키게 되면, 미세 패턴 구조물(10)의 미세 패턴 구조의 단부 부근에 접촉한 부분에 경화된 레진 (50)은 미세 패턴 구조물(10)과 같이 블랭킷 몰드(40) 상에 도포된 레진(30)으로부터 분리되게 된다. 그에 따라, 미세 패턴 구조물(10)은 접착력을 거의 갖지 못하는 구조물이더라도, 상술한 단계 S10 내지 S50을 거치게 되면, 미세 패턴 구조물(10)의 미세 패턴 구조의 단부에 레진이 경화되어 있으므로, 추가적인 미세 패턴 구조물(10)의 미세 패턴 구조의 단부에는 경화된 레진(50)으로서 건식 접착 패턴(50)의 추가적인 형상을 갖게 되고, 그에 따라, 결과적으로는 미세 패턴 구조물(10)의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.
이후, 필요에 따라 미세 패턴 구조물(10)의 미세 패턴 구조의 단부 부근의 접착력을 갖는 경화된 레진(50)을 후경화시키는 단계(단계 S60)를 추가적으로 또는 대안적으로 실시할 수도 있다.
실시예
자외선 경화형 수지(30)를 도포함에 있어서는, 실크 인쇄법, 슬릿 코팅법, 롤 코팅법 등을 사용할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 바 코터를 사용하였다.
우선, 육각형 배열이 이어져 있는 마이크로 구조물을 복제하여 미세 패턴 구조물(10)을 제작하였다. 패턴의 단부의 폭은 약 13um 정도로 형성되었다. 그리고 자외선 경화형 수지(30)를 블랭킷 몰드(40) 위에 도포하는 공정에서는, 점도 250cPs의 자외선 경화형 수지(30)를 준비하여 8번 바 코터로 도포하여 2um 정도의 두께를 갖는 막을 형성하였다. 이 때, 블랭킷 몰드(40)로서는 투명하고 유연한 연질의 몰드(예를 들면, (주)미뉴타텍의 Rigi-Flex)를 사용하였다.
블랭킷 몰드(40)에 도포된 자외선 경화형 수지(30)에 준비된 미세 패턴 구조물(10)을 접촉 시킨 후 자외선 조사를 시행하였다. UV-A 영역의 파장을 갖는 저압 자외선 경화기를 이용하여 100mJ을 조사하였다. 조사 후 이형을 시키고 접착력 측정과 형상 관찰을 진행하였다.
도 7은 자외선 경화 공정 전 후 사진이다. <HONEYCOMB PATTERN>은 자외선 경화 공정 전, <HONEYCOMB PATTERN+INKING>은 자외선 경화 공정 후 사진을 나타낸다. 자외선 경화 공정 전 후 측정한 점착력을 표 1에 나타내었다.
단부 패턴 폭(um) 점착력(gf/inch)
Honeycomb pattern 20.72 0
Honeycomb + Inking 25.69 45
도 7 및 표 1을 참조하면, 접착력은 미세 패턴 구조물에서 거의 접착력을 갖지 못하였다가 단부를 형성한 결과 45gf/in의 측정값을 얻을 수 있었다. 또한 단부의 폭은 20.72um에서 25.69um로 증가된 것을 확인할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적이고 필수적인 특징적 구성을 일탈함이 없이 다양한 변형 형태가 가능함은 물론이다. 특히 본 발명의 실시 예에서는 육각형 모양의 구조물을 적용하고, 250cPs의 점도를 갖는 자외선 경화형 수지를 적용하였으나, 미세 패턴 구조물의 형태나 자외선 경화형 수지의 종류 등은 당업자 수준에서 다양한 방법으로 변형 적용이 가능하다. 따라서 본 명세서에서 전술한 실시 형태는 예시적인 것일 뿐 제한적인 의미를 갖지는 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 기재된 사항 및 이로부터 파악될 수 있는 모든 변형 실시 형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 미세 패턴 구조물 20: 기판
30: 레진 40: 블랭킷 몰드
50: 건식 접착 패턴

Claims (11)

  1. 미세 패턴 구조물의 단부 폭을 증가시켜 건식 접착 패턴을 형성함으로써 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물을 제조하는 방법에 있어서:
    상기 미세 패턴 구조물을 기판에 제공하는 단계;
    블랭킷 몰드의 일면에 자외선 경화형 수지를 포함하는 레진(resin)을 도포하여 레진층를 형성하는 단계;
    상기 블랭킷 몰드에 도포된 상기 레진층과 상기 기판에 제공된 미세 패턴 구조물의 단부를 접촉시키는 단계; 및
    상기 레진층에 자외선을 조사하여 상기 레진층을 경화시키는 단계;
    상기 기판에 제공된 미세 패턴 구조물을 상기 레진층으로부터 이형시키는 단계를 포함하고,
    상기 레진층의 경화 시 자유-라디칼(free-radical) 중합반응에서 산소가 광개시제의 라디칼과 반응하여 상기 레진의 중합반응을 방해하는 산소장애 효과를 이용하여 상기 미세 패턴 구조물의 단부에 인접한 레진이 선택적으로 경화되도록 함으로써, 상기 미세 패턴 구조물의 단부 폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레진층으로부터 이형된 상기 미세 패턴 구조물의 단부에 형성된 레진을 후경화시키는 단계를 더 포함하는, 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 경화형 수지는 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는, 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블랭킷 몰드는 투명한 가요성 소재로 제조된 것인 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가요성 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 실리콘 수지, 폴리우레탄(PU), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 중에서 선택되는 하나 이상인 것인 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레진층에 자외선을 조사하여 상기 레진층을 경화시키는 단계에서 상기 자외선은 상기 블랭킷 몰드의 상기 레진이 도포된 상기 일면의 타측 면으로부터 상기 블랭킷 몰드에 도포된 상기 레진 쪽으로 조사되는 것인 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 블랭킷 몰드는 파장이 100 내지 450nm인 상기 자외선을 30% 이상 투과시키는 것인 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 자외선의 조사 방향은 상기 블랭킷 몰드의 상기 일면에 수직한 가상선과의 각도가 0° 내지 25°인 것인 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 블랭킷 몰드 상에 자외선 경화형 수지를 포함하는 레진을 도포하는 단계는 잉크젯, 실크스크린, 슬롯다이, 마이크로 그라비아, 또는 바 코터 방식인, 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 레진층은 10μm 이하의 두께를 갖는 것인, 건식 접착 기능을 할 수 있는 미세 패턴 구조물의 제조 방법.
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