KR20100029710A

KR20100029710A - 금형 제조 방법, 기능성 필름의 제조 방법 및 기능성 필름

Info

Publication number: KR20100029710A
Application number: KR1020090083867A
Authority: KR
Inventors: 히데히사 무라세; 요시나리 사사끼; 고세이 아소; 조자끼 도모히데; 세쯔오 오끼노
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2010-03-17
Also published as: JP2010058474A; TW201020058A; US20100062222A1; TWI370756B; CN101671837B; CN101671837A; JP4900349B2

Abstract

본 발명은 금형 제조 방법, 기능성 필름의 제조 방법 및 기능성 필름에 관한 것으로, 본 발명의 금형 제조 방법은 원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함한다.

수지 원판, 레이저 가공, 원통형, 금형, 외주면, 내주면, 전기 주조법, 기능성 필름

Description

금형 제조 방법, 기능성 필름의 제조 방법 및 기능성 필름 {DIE MANUFACTURING METHOD, FUNCTIONAL FILM MANUFACTURING METHOD AND FUNCTIONAL FILM}

본 발명은 금형 제조 방법, 기능성 필름의 제조 방법 및 기능성 필름에 관한 것이다.

최근의 텔레비전(이하, 「TV」라고도 기재함)의 박형화는 놀라울 정도이며, 액정 TV, 플라즈마 TV 및 유기 EL(Electro Luminescence) TV와 같은 플랫 패널 디스플레이의 개발에 각 회사가 각고의 노력을 기울이고 있다. 그 중에서 액정 TV는 제조의 용이성, 양호한 화질, 적당한 가격대로 인기이며, 그 판매 대수에서, 압도적인 위치를 점유하고 있다. 한편, 랩탑 PC(Personal Computer)나 휴대 전화를 포함하는 모바일 기기에서도, 액정 패널은 매우 많이 사용되고 있으며, 각 회사가 경쟁적으로 비용 절감, 성능의 차별화를 실시하고 있다.

액정 패널은 그 광학 특성을 도출하기 위하여, 많은 광학 기능성 필름을 사용하고 있다. 광학 기능성 필름으로서는 편광 필름, 프리즘 시트, 광확산 필름, 위상차 필름, 반사 필름이 있다. 이들 광학 기능성 필름을 제조하는 기술은 필름 기재를 롤로 권취하면서 성형(패턴을 전사)하는 롤 투 롤(roll-to-roll)의 전사 시스템을 채용한다.

도 8은 롤 투 롤의 전사 시스템을 기초로 한 필름 제조 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 8에서, 다이 코터(51)라고 불리는 부분은 투명한 필름 기재(52)를 배출한다. 배출된 필름 기재(52)를 원통형의 금형(53)에 감아 일 방향으로 반송함으로써, 금형(53)으로부터 필름 기재(52)에 패턴을 전사한다. 금형(53)의 외주면에는 소정의 광학 특성을 필름에 제공하기 위해 채용된 요철의 패턴이 형성된다. 금형(53)의 양측에는 금형(53)을 좌우로부터 끼워 넣는 방식으로 전사 롤(54)과 이송 롤(55)이 설치된다. 전사 롤(54)과 이송 롤(55)은 각각 소정의 압력으로 금형(53)에 압박된다.

전사 롤(54)은 이 롤과 금형(53)의 사이에 필름 기재(52)를 끼워 넣으면서, 금형(53)에 동기하여 회전함으로써, 금형(53)의 패턴을 필름 기재(52)에 전사한다. 전사 중에, 전사 롤(54)은 필요에 따라서 필름 기재(52)를 가열한다. 이송 롤(55)은 이 롤과 금형(53)의 사이에 필름 기재(52)를 끼워 넣으면서 회전함으로써, 필름 기재(52)를 송출한다. 그 때, 이송 롤(55)은 필요에 따라서 필름 기재(52)를 냉각한다.

상기 광학 기능성 필름의 제조에 사용하는 원통형의 금형(53)은 다음과 같은 방법으로 제작되고 있다. 우선, 요철의 패턴을 갖는 평판 형상의 금형을 제작한다. 다음에, 평판 형상의 금형을 관 형상, 원통형 형상으로 둥글게 한다.

이러한 방법으로 원통형의 금형(53)을 제작한 경우에는 금형(53)의 외주면에 심(이음매, seam)이 남는다. 따라서, 광학 기능성 필름을 제조하는 경우에, 심의 존재에 의해, 금형(53)이 1주할 때마다, 광학 기능성 필름으로서 사용할 수 없는 불필요한 부분이 발생한다. 액정 패널이 주로 랩탑 PC에 사용되고 있었을 때 PC용으로 사용되는 작은 패널 사이즈 때문에 필름의 제조 공정 중에 발생된 상기 불필요한 부분을 버리는 것만이 유일한 대안이었다. 그런데, 액정 패널이 TV에 사용되어, 그 패널 사이즈가 급속하게 대형화되면, 금형(53)이 1주 이상 회전될 때에만 액정 패널 1매당 필요하게 되는 사이즈의 필름이 제조될 수 있다. 이로 인해, 선택적으로 이용불가능한 필름 폐기물이 형성되므로, 따라서 심없는(이음매 없는) 금형을 필요로 한다.

(종래 기술 문헌의 개시)

일본 특허 공개 제2005-125359호 공보는 작업물의 원통 내면에 대하여, CO₂ 레이저 또는 YAG 레이저 빔을 그 내면 위로 대략 직교하게 조사함으로써, 원통 내면에 홈을 형성하는 기술이 개시된다. 일본 특허 공개 평(11)-170472호 공보는 그라비아 실린더의 제조에 관한 것이다. 이 특허 문헌은, 강화 유리로 이루어지는 원통 부재의 내면으로부터 레이저 빔을 조사하고, 레이저 빔의 초점을 원통 부재의 외주면에 맞춤으로써, 잉크 충전용의 셀로서의 오목부를 형성하는 기술이 개시된다.

기능성 필름의 제조하기 위한 금형을 심없이 제작하기 위해서 원통형의 금형 재료(금속 재료)를 절삭 기계로 직접 가공하는 것이 일반적이다. 최근에는 패널 사이즈의 대형화됨에 따라 생산성의 관점에서 직경 1m를 초과하는 금형 재료가 사용되고 있다. 그로 인해, 절삭 가공에 걸리는 시간은 24시간을 초과하여 수일에도 이르고 있다. 반면, 장시간에 걸쳐 안정된 연속 가공을 실현하기 위해서 다이아몬드의 바늘(바이트)의 수명을 연장하는 것이 필수적이다. 또한, 가공 중에 외부로부터의 진동이 전달되지 않도록 하기 위해서, 격리된 특별한 지반 상에서 가공할 필요가 있다. 또한, 필름의 광학 특성을 향상시키기 위하여, 복잡한 가공 형상이 필요해지게 되어, 기계 가공으로 대응할 수 없는 형상도 현재 요구된다.

본 발명의 실시예에 따른 금형 제조 방법은 원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 다이 제조 방법은 또한 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 금형 제조 방법은 원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공으로 원하는 형상으로 심없는 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조 처리를 행함으로써, 수지 원판의 가공면에 형성된 패턴을, "그대로의 형태로" 또는 원래 패턴으로부터 요철을 반전시킨 형태로, 카피하는 것이 가능해진다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름의 제조 방법은 금형을 사용하여 금형 제조 방법에 의해 얻어진 금형 패턴을 필름 기재에 전사하는 단계를 포함한다. 금형 제조 방법은 원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 금형 제조 방법은 또한 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름의 제조 방법은 금형 제조 방법에 의해 얻어지는 금형의 패턴을 금형을 이용하여 필름 기재에 전사함으로써, 심의 존재에 의한 불필요한 부분이 생성될 가능성을 제거한다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름은 금형을 이용하여 금형 제조 방법에 의해 얻어진 금형의 패턴을 필름 기재에 전사함으로써 얻어진다. 금형 제조 방법은, 원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 금형 제조 방법은 또한 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름은 금형 제조 방법에 의해 얻어지는 금형의 패턴을 금형을 사용하여 필름 기재에 전사하여 얻어지기 때문에, 심의 존재에 의한 불필요한 부분을 제거할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 금형 제조 방법에 따르면, 원통형의 금형 재료를 절삭 가공하지 않아도, 기능성 필름의 제조에 사용되는 원통형의 금형을 심없이 제작할 수 있다. 또한, 금형 제조 방법에 따르면, 수지 원판에 원하는 형상의 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 자유 곡면을 갖는 원통형의 금형을 제작할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름의 제조 방법에 따르면, 심의 존재에 의한 불필요한 부분을 발생시키지 않고, 균일한 특성을 갖는 기능성 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름에 따르면, 심의 존재에 의한 불필요한 부분을 갖지 않고 균일한 특성을 갖는 기능성 필름을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 기술적 범위는 이하에 기술하는 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 발명의 구성 요건이나 그 조합에 의해 얻어지는 특정한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 여러가지의 변경이나 개량을 가한 형태도 포함한다.

도 1은 본 발명에 관한 금형 제조 방법에서 사용되는 레이저 가공 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 2는 레이저 가공 장치의 주요부를 도시하는 개략도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치는 주로 레이저 광원(1)과, 빔 정형기(2)와, 마스크(또는 가변 애퍼쳐)(3)와, 투영 렌즈(4)와, 반사 미러(5)와, 파편 회수 기구(6)와, 스테이지(7)를 구비한다. 이들 구성 요소(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)는 레이저 광로(8)의 상류측으로부터 하류측에 순서대로 배치된다. 도 2에서는 설명의 편의상, 반사 미러(5)는 생략되고 레이저 광로(8)를 수직으로 그리고, 레이저 광로(8)의 길이를 따라 도중에 마스크(3)와 투영 렌즈(4)가 도시된다.

레이저 광원(1)은 레이저 빔을 발생시킨다. 레이저 광원(1)에는 예를 들어 엑시머 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 엑시머 레이저에는 레이저 매질이 상 이한 복수의 종류가 존재한다. 이 엑시머 레이저는 파장의 긴 쪽부터 XeF(351nm), XeCl(308nm), KrF(248nm), ArF(193nm), F2(157nm)가 있다. 레이저 광원(1)은 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 고체 레이저의 제2 내지 제4 고조파(harmonics)를 구비하는 레이저일 수 있다.

빔 정형기(2)는 레이저 광원(1)으로부터의 레이저 빔을, 균일한 강도 분포를 갖는 소정의 형상(예를 들어, 직사각형 등)의 빔으로 정형화한다. 빔 정형기(2)로서는 예를 들어 레이저 광원(1)으로 엑시머 레이저를 사용한 경우에 호모지나이저(homogenizer)를 사용할 수 있다.

마스크(3)는 빔 정형기(2)로부터 레이저 빔을 투과시키는 개구 패턴을 갖는다. 마스크(3)로는 구멍 뚫린 마스크, 포토마스크, 유전체 마스크 또는 다른 마스크가 사용될 수 있다. 구멍 뚫린 마스크는 금속 재료로 형성된다. 포토마스크는 투명 유리 재료 또는 금속 박막으로 형성된다. 유전체 마스크는 유전체 재료로 형성된다.

투영 렌즈(4)는 마스크(3)의 개구 패턴을 투과한 레이저 빔을, 반사 미러(5) 및 파편 회수 기구(6)를 통하여, 스테이지(7) 상의 수지 원판(9)의 가공면에, 소정의 배율로 투영한다. 수지 원판(9)은 레이저 가공에 가공된 대상물이다.

반사 미러(5)는 투영 렌즈(4)로부터 레이저 빔을, 그 광로가 직각으로 절곡되는 형태로 전반사시킨다. 또한, 반사 미러(5)는 그 길이를 따라 도중에 레이저 광로(8)를 절곡하는데 사용된다. 레이저 가공 장치의 구성으로 인해, 레이저 광로(8)를 절곡할 필요가 없는 경우에는 레이저 광로(8)의 길이를 따라 도중에 반사 미러(5)를 설치하지 않아도 된다.

파편 회수 기구(6)는 수지 원판(9)의 가공면에 레이저 빔을 조사하였을 때에 발생하는 "파편"이라고 불리는 반응 생성물이, 수지 원판(9)에 재부착하지 않도록 회수한다. 파편 회수 기구(6)의 상부와 하부에는 각각 투과창(11, 12)이 설치된다. 투과창(11, 12)은 반사 미러(5)에서 반사된 레이저 빔을 투과시키는 창 부재이다. 또한, 파편 회수 기구(6)의 저부에는 기체 도입부(13, 14)가 접속된다. 기체 도입부(13, 14)는 파편 회수 기구(6)의 저부에 형성된 복수의 기체 도입 구멍(도시하지 않음)을 통하여, 예를 들어 아르곤 등의 불활성 가스를 수지 원판(9)의 가공면(레이저 빔이 조사되는 면)에 대면하는 공간에 도입한다.

또한, 파편 회수 기구(16)에는 배기 펌프(15)가 접속된다. 배기 펌프(15)로서는 예를 들어 러핑 펌프가 사용된다. 배기 펌프(15)는 복수의 기체 도입 구멍과 동심원 형상의 위치 관계에서 파편 회수 기구(16)의 저부에 형성된 복수의 배기 구멍을 통하여 기체를 배기함으로써, 수지 원판(9)의 가공면에 대면하는 공간을 1기압 이하의 감압 분위기로 바꾼다. 결과적으로, 기체 도입부(13, 14)로부터 불활성 가스를 도입하면, 가스 도입 공간에 발생하고 있는 기압차에 의해 불활성 가스의 흐름, 즉 기류가 발생하고, 이에 따라 수지 원판(9)의 가공면을 따라 배기 구멍에 가스가 흡인된다. 따라서, 수지 원판(9)의 레이저 가공시에 발생하는 기화한 파편은 불활성 가스의 흐름에 의해 배기 및 회수되게 한다.

스테이지(7)는 투영 렌즈(4)에 의해 투영되는 레이저 빔이 수지 원판(9)의 가공면에 초점이 맞도록, 투영 렌즈(5)로부터 소정의 광학 거리에 배치된다. 스테 이지(7)는 레이저 빔이 수지 원판(9)의 가공면 상을 주사 가능하게, 레이저 빔의 광축에 수직한 평면을 따라 X방향으로 직선적으로 이동가능하게 설치된다. 스테이지(7) 상에는 회전 기구(16)가 설치된다. 이 회전 기구(16)에 의해 수지 원판(9)이 θ방향으로 회전 가능하게 지지된다. 회전 기구(16)는 에어 스핀들로 행해지는 것과 같은 정밀한 모터로 회전된다. 회전 기구(16)는 수지 원판(9)의 단부면 부분을 이용하여, 수지 원판(9)을 회전 가능하게 지지한다.

수지 원판(9)은 원통형으로 형성된 수지제의 원판이다. 수지 원판(9)의 재료로서는 예를 들어 폴리이미드, 폴리카보네이트 또는 아크릴 등의 수지 재료를 사용할 수 있다. 수지 원판(9)의 가공에 사용하는 레이저 빔은 자외선 영역의 파장을 갖는 레이저 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 자외선 영역의 파장을 갖는 레이저 빔은 적외선 영역의 파장을 갖는 레이저 빔과 비교하여, 수지 재료에 흡수되기 쉽기 때문이다.

상기 구성으로 이루어지는 레이저 가공 장치는 수지 원판(9)에 패턴을 형성하는 패터닝 공정에서 사용된다. 패터닝 공정에서는 우선, 스테이지(7) 상에 수지 원판(9)을 위치시킨다. 그 때, 원통형의 수지 원판(9)의 중심축이 회전 기구(16)의 회전축과 동축으로 되고, 또한 수지 원판(9)의 중심축이 스테이지(7)의 이동 방향 X와 평행해지도록, 수지 원판(9)은 스테이지(7) 상에 위치되고 회전 기구(16)에 부착된다.

다음에, 레이저 광원(1)으로부터 레이저 빔을 출사함으로써, 수지 원판(9)의 외주면(가공면)에 레이저 빔을 조사하여, 요철의 패턴을 형성한다. 수지 원판(9) 의 외주면(가공면)을 가공하면 투영 렌즈(4)를 가공면 근방에 배치할 수 있다. 결과적으로, 초점 거리가 짧은 렌즈를 채용할 수 있다. 이로 인해, 높은 해상도로 레이저 가공을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 파편 회수 기구(6)를 사용한 파편의 회수도 용이해진다. 수지 원판(9)을 레이저 빔으로 가공하는 경우에는 전술한 바와 같이 수지 원판(9)을 구성하는 수지 재료에 의해 쉽게 흡수될 수 있는, 자외선 영역의 파장을 갖는 레이저 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 자외선 영역에 파장을 갖는 레이저 빔을 사용한 경우에는 "레이저 어브레이션(laser abrasion)"이라고 불리는 방법을 사용하여 에칭이 행해질 수 있다. 레이저 어브레이션은 높은 광자 에너지로 분자간의 결합을 절단한다. 수지 원판(9)을 레이저 어브레이션에 의해 패터닝하면, 열의 발생이 적기 때문에, 가공면에서의 에지의 열 처짐이나 드로스(솟아오름)가 없어, 마스크 패턴을 정확하게 전사할 수 있다. 이는, 레이저 어브레이션이 미세한 형상의 가공을 행하는 경우에 유리하게 한다. 특히, 원통형의 금형을 사용하여 제작되는 광학 기능성 필름은 수㎛ 내지 수백㎛의 미세한 형상을 형성하도록 가공되어야 한다. 따라서, 레이저 어브레이션은 그러한 미세 가공이 쉽게 행해지게 한다.

또한, 레이저 가공으로 수지 원판(9)을 가공하면 레이저 빔이 조사되는 수지 재료는 에칭된다. 이로 인해, 레이저 빔이 조사되는 부분은 레이저 빔이 조사되지 않는 부분보다도 오목 형상으로 움푹 패인 상태가 된다. 오목 형상의 움푹 패인 부분의 치수는 레이저 빔의 조사 시간을 파라미터로 사용하여 제어할 수 있다. 따라서, 마스크(3)의 개구 패턴을 순서대로 절환하여 수지 원판(9)의 가공면에 레이 저 빔을 조사함으로써, 3차원 패턴을 만들어 낼 수 있다.

일례로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 마스크(3)에 형성된, 평면으로부터 보아 직사각형인 개구 패턴(Mp1, Mp2, Mp3, Mp4)을 통하여 레이저 빔을 수지 원판(9)의 가공면에 조사하는 경우를 상정한다. 이 경우에는 마스크(3)의 개구 패턴을 Mp1→Mp2→Mp3→Mp4의 순서대로 절환하면서, 동시에 복수회에 걸쳐, 각각의 개구 패턴을 통하여 레이저 빔을 수지 원판(9)의 가공면에 조사한다. 도 3에서는 설명의 편의상, 마스크(3)를 복수단을 갖도록 도시하고 있다. 그러나, 광축 방향을 따라 가공면과 마스크(3)의 위치 관계(거리)는 동일하게 유지된다. 이에 의해, 레이저 빔의 조사 시간의 길이에 따라, 가공면의 에칭의 깊이가 변화되고, 따라서, 수지 원판(9)의 가공면에 3차원의 볼록형의 패턴을 만들어 낼 수 있다. 또한, 개구 패턴 사이의 치수차를 감소시켜, 보다 다단계로 개구 패턴을 절환(분해능을 올림)하도록 하면, 곡면에 가까운 3차원 형상의 패턴을 만들어 낼 수 있다.

여기서, 수지 원판(9)의 외주면 전체에, 원하는 패턴에 맞추어 레이저 빔을 조사하는 주로 두가지 방식이 있다. 제1 방식은 수지 원판(9)의 외주면에 레이저 빔을 조사하면서, 회전 기구(16)를 사용하여 수지 원판(9)을 1회전시키는 동작과, 스테이지(7)를 사용하여 수지 원판(9)을 X방향으로 미동(약간 직선 이동)시키는 동작을 순서대로 반복하는 방식이다. 제1 방식에서는 레이저 가공의 영역이 수지 원판(9)의 중심축 방향으로 서서히 확대된다. 제2 방식은 스테이지(7)를 사용하여 중심축을 따라 수지 원판(9)의 길이만큼 수지 원판(9)을 X방향으로 이동시키는 동작과, 회전 기구(16)를 사용하여 수지 원판(9)을 θ방향으로 미동(약간 회전)시키 는 동작을 순서대로 반복하는 방식이다. 제2 방식에서는 레이저 가공의 영역이 수지 원판(9)의 원주 방향으로 서서히 확대하게 된다. 제2 방식을 채용하는 경우에는 회전 방향의 수율을 고려하여 레이저 빔의 초점 위치 및 다른 팩터를 결정해야 한다. 원하는 패턴의 형상(3차원 형상)과 레이저 빔 조사시에 발생하는 파편의 영향을 포함하는 팩터를 고려하여 두 개의 방식 중 어느 것이 사용될 지를 결정하는 것이 바람직하다.

수지 원판(9)의 외주면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하면, 스테이지(7) 상의 회전 기구(16)로부터 수지 원판(9)을 제거하고, 다음 금형 제작 공정으로 진행한다. 금형 제작 공정에서는 패터닝 공정에서 그 위에 얻어지는 패턴을 갖는 수지 원판(9)을 사용한 전기 주조법에 의해 금형을 제작한다. 이하에, 금형 제작 공정의 구체적인 단계를 설명한다.

우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 수지 원판(9)에 도전 처리를 실시한다. 도전 처리에서는 수지 원판(9)의 표면에 도전막을 형성한다. 다음에, 도 4b에 도시한 바와 같이, 수지 원판(9)을 사용하여 제1 전기 주조 처리를 행함으로써, 수지 원판(9)의 외주측에 금속을 전착시킨다(elecrodeposited). 이에 의해, 수지 원판(9)과 일체로 금속의 모형(17)이 형성된다. 모형(17)은 수지 원판(9)보다도 큰 크기인 원통형으로 형성된다. 다음에, 도 4c에 도시한 바와 같이, 수지 원판(9)을 파괴함으로써, 독립된 구조의 모형(17)을 얻는다. 이 경우, 모형(17)의 내주면에는 수지 원판(9)의 패턴과 요철 관계를 반전시킨 형태의 패턴이 형성된다. 다음에, 도 4d에 도시한 바와 같이, 모형(17)을 사용하여 제2 전기 주조 처리를 행함으 로써, 모형(17)의 내주측에 금속을 전착시킨다. 이에 의해, 모형(17)과 일체로 금형(18)이 형성된다. 금형(18)은 모형(17)보다도 작은 크기인 원통형으로 형성된다. 다음에, 도 4e에 도시한 바와 같이, 모형(17)으로부터 금형(18)을 빼낸다. 금형(18)의 빼냄은 도 4d의 상태에서, 금형(18)의 내주측의 공간을 감압시켜, 금형(18)을 축소시킴으로써 행한다. 이에 의해, 독립된 구조의 금형(18)이 얻어진다. 이 경우, 금형(18)의 외주면에는 상기 패터닝 공정에서 수지 원판(9)의 외주면에 형성된 패턴과 동일한 패턴이 형성된다. 참고로, 도 4b의 상태에서, 수지 원판(9)의 내주측의 공간을 감압시켜, 모형(17)으로부터 수지 원판(9)을 빼내고자 하면, 강도의 결핍으로 인해 수지 원판(9)에 균열 등이 발생한다. 모형(17)을 구조적으로 독립시키기 위해서는 전술한 바와 같이 수지 원판(9)을 파괴해야 한다.

상술된 바와 같이 원통형의 금형(18)을 제조함으로써, 금형(18)의 외주면에 심없이(이음매없이) 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 이 금형(18)을 사용하여, 예를 들어 액정 패널 등에 사용되는 광학 기능성 필름을 롤 투 롤의 전사 시스템(도 8에 도시하는 필름 제조 장치)에 의해 제조하는 경우에는 금형(18)의 원주 방향으로 패턴의 연속성이 유지되고, 이로 인해, 광학적으로 균일한 특성의 기능성 필름을 연속적으로 만들어 낼 수 있다. 그 결과, 외주 직경이 작은 금형(18)으로 대형의 필름의 제조에 대처하는 것이 가능해진다.

또한, 기계 가공(절삭 가공 등)으로 원통형의 금형을 제작하는 경우에는 직선적인 형상으로만 패턴을 형성할 수 있다. 그러나, 레이저 가공에 의해 패턴이 형성된 수지 원판(9)을 사용하여 금형(18)을 제작하면, 직선적인 형상 뿐만아니라, 곡선적인 형상의 패턴이나, 직선과 곡선을 조합한 형상의 패턴 및 비대칭 형상의 패턴을 금형(18)에 형성할 수 있다. 반면, 포토리토그래피가 패턴을 형성하기 위해 다른 선택사항일 수 있다. 그 경우에는 제조 공정수의 증가나, 설비 투자액의 증대, 예를 들어 약액 등의 사용에 수반하는 환경 악화 등의 문제를 초래하게 된다. 레이저 가공을 이용하면 그러한 모든 문제를 피할 수 있다. 또한, 어브레이션 가공에서는 에너지의 시간당 적분량에 기초하여 에칭 깊이를 제어할 수 있기 때문에, 자유로운 곡면을 만들어 내는 것이 가능해진다. 이로 인해, 본 발명의 실시예의 금형 제조 방법에 의해 얻어지는 금형을 사용함으로써, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 곡면과 평면을 조합한 복잡(복합적)한 형상의 요철 패턴을 갖는 광학 기능성 필름(19)을 제조할 수 있다. 따라서, 여러가지 광학 특성을 갖는 광학 기능성 필름의 제조 요구에 유연하게 대응하는 것이 가능해진다. 또한, 종래에는 복수매의 광학 기능성 필름으로만 달성가능했던 광학 특성을 종래보다도 적은 매수의 광학 기능성 필름이나, 1매의 광학 기능성 필름으로 실현될 수 있어서, 이로 인해, 장치의 박형화나 비용 삭감에 기여하게 된다.

도 6은 본 발명에 관한 금형 제조 방법에서 사용되는 레이저 가공 장치의 다른 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 6에서는 설명의 편의상, 반사 미러(5)는 생략되고 레이저 광로(8)가 수직으로 도시되고, 레이저 광로(8)의 길이를 따라 도중에 마스크(3)와 투영 렌즈(4)가 도시된다. 또한, 레이저 가공 장치의 기능적으로 유사한 부분에는 도 1 및 도 2에서와 같이 동일한 번호를 붙이고 있다.

우선, 레이저 광원으로부터 마스크(3), 투영 렌즈(4) 등을 경유하여 수직으 로 하향으로 진행하는 레이저 빔에 대하여, 원통형의 수지 원판(9)은 수지 원판(9)의 중심축이 레이저 광로(8)의 광축을 따르도록 스테이지(7) 상에서 회전 기구(16)에 의해 지지된다. 회전 기구(16)는 에어 스핀로 회전될 때와 같이 정밀한 모터에 의해 회전된다. 동일한 기구(16)가 스테이지(7) 상에 구비된다. 이 회전 기구(16)에 의해 수지 원판(9)은 θ방향으로 회전 가능하도록 지지된다.

스테이지(7)는 레이저 빔의 광축에 따른 Z방향(수직 방향)으로 직선적으로 이동 가능하게 설치된다. 또한, 스테이지(7) 상에는 반사 미러(22)가 구비된다. 동일한 지지 미러(22)는 수직으로 기립한 막대 형상의 지지 부재(21)에 지지된다. 반사 미러(22)는 투영 렌즈(4)를 통하여 진입하는 입사 레이저 빔을, 그 광축이 직각으로 절곡되는 형태로 전반사시킨다. 반사 미러(22)는 전술한 바와 같이 스테이지(7) 상에서 회전 기구(16)에 의해 수지 원판(9)을 지지하였을 때에, 수지 원판(9)의 내측의 공간에 배치된다. 파편 회수 기구(6)는 레이저 빔의 절곡 방향으로부터 후향으로 배치된다.

상기 구성으로 이루어지는 레이저 가공 장치를 사용하여, 패터닝 공정에서, 수지 원판(9)에 패턴을 형성하기 위해, 우선, 스테이지(7) 상의 위치에 수지 원판(9)을 배치한다. 그 때, 원통형의 수지 원판(9)의 중심축이 레이저 빔의 광축과 동축으로 되고, 또한 수지 원판(9)의 중심축이 스테이지(7)의 이동 방향 Z와 평행해지도록, 스테이지(7) 상에서 수지 원판(9)을 위치 결정하여 회전 기구(16)에 설치한다.

다음에, 레이저 광원으로부터 레이저 빔을 출사한다. 이 경우, 레이저 빔은 마스크(3) 및 투영 렌즈(4)를 통하여 반사 미러(22)에 입사하고, 직각으로 절곡되도록 반사 미러(22)에 의해 반사된다. 이로 인해, 레이저 빔은 수지 원판(9)의 내주면(가공면)에 조사되게 된다. 이 레이저 빔의 조사에 의해, 수지 원판(9)의 내주면에 요철의 패턴을 형성한다.

여기서, 수지 원판(9)의 내주면 전체에, 원하는 패턴에 맞추어 레이저 빔을 조사하는 주로 두가지 방식이 있다. 제1 방식은 수지 원판(9)의 내주면에 레이저 빔을 조사하면서 동시에, 회전 기구(16)를 사용하여 수지 원판(9)을 1회전시키는 동작과, 스테이지(7)를 사용하여 수지 원판(9)을 Z방향으로 미동(약간 직선 이동)시키는 동작을 순서대로 반복하는 방식이다. 제1 방식에서는 레이저 가공의 영역이 수지 원판(9)의 중심축 방향으로 서서히 확대된다. 제2 방식은 스테이지(7)를 이용하여 중심축을 따라 수지 원판(9)의 길이만큼 수지 원판(9)을 Z방향으로 이동시키는 동작과, 회전 기구(16)를 이용하여 수지 원판(9)을 θ방향으로 미동(약간 회전)시키는 동작을 순서대로 반복하는 방식이다. 제2 방식에서는 레이저 가공의 영역이 수지 원판(9)의 원주 방향으로 서서히 확대된다. 여기에서는 회전 기구(16)에 의해 수지 원판(9)을 회전시키도록 하고 있지만, 수지 원판(9) 대신에, 반사 미러(22)를 지지하는 지지 부재(21)를 회전시켜도 된다.

2방식 중 어느 방식을 채용하여도, 수지 원판(9)의 내주면에 레이저 빔을 조사하면, 파편이 발생한다. 이 파편은, 레이저 빔이 조사되는 면으로부터 수직으로 튀어 나오지만, 중력에 의해 하방으로 떨어진다. 이로 인해, 수지 원판(9)에 파편이 부착되기 어려워져서, 가공되는 수지 원판(9)에 파편이 부착하는 양을 삭감할 수 있다.

수지 원판(9)의 내주면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하면, 스테이지(7) 상의 회전 기구(16)로부터 수지 원판(9)을 제거하고, 다음 금형 제작 공정으로 진행한다. 금형 제작 공정에서는 패터닝 공정에서 패턴 형성된 수지 원판(9)을 사용하여, 전기 주조법에 의해 금형을 제작한다. 이하에, 금형 제작 공정의 구체적인 단계를 설명한다.

우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 수지 원판(9)에 도전 처리를 실시한다. 다음에, 수지 원판(9)을 사용하여 전기 주조 처리를 행함으로써, 수지 원판(9)의 내주측에 금속을 전착시킨다. 이에 의해, 도 7b에 도시한 바와 같이, 수지 원판(9)과 일체로 금형(23)이 형성된다. 금형(23)은 수지 원판(9)보다 작은 크기인 원통형으로 형성된다. 다음에, 도 7c에 도시한 바와 같이, 수지 원판(9)으로부터 금형(23)을 빼낸다. 금형(23)을 빼내기 위해, 금형(23)의 내주측의 공간을 감압시켜, 금형(23)의 크기를 축소시킨다. 이에 의해, 독립된 구조의 금형(23)이 얻어진다. 이 경우, 금형(23)의 외주면에는 패터닝 공정에서 수지 원판(9)의 내주면에 형성된 패턴과 요철 관계를 반전시킨 형태의 패턴이 형성된다.

상술된 바와 같이 원통형의 금형(23)을 제조함으로써, 금형(23)의 외주면에 심없이(이음매없이) 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 상기와 동일한 이유에 의해, 광학적으로 균일한 특성을 갖는 기능성 필름을 연속적으로 제조하고, 외주 직경이 작은 금형을 사용하여 대형의 필름의 제조에 대처할 수 있다. 또한, 레이저 어브레이젼이 수지 원판(9)에 패턴을 형성하는데 사용된다. 상기와 동일한 이유에 의해, 미세 가공 작업이 용이하게 행해질 수 있고, 자유로운 곡면을 제조할 수 있다.

또한, 금형 제작 공정에서 금형(23)을 제조하기 위해 수지 원판(9)을 파괴할 필요가 없어진다. 이로 인해, 1개의 수지 원판(9)을 반복하여 사용하여, 복수개의 금형(23)을 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 수지 원판(9)의 내주면에 패턴이 형성되기 때문에, 1회의 전기 주조 처리로 금형(23)을 제작할 수 있다. 이로 인해, 금형 제작 공정에서의 처리 스텝수를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름은 예를 들어 편광 기능, 프리즘 기능, 위상차 기능, 광확산 기능, 반사 기능 및 집광 기능을 포함하는 광학적인 기능을 갖는 필름에 제한되지 않는다. 즉, 본 발명은 장식 기능, 보온 기능, 보습 기능, 포장 기능, 촉각 기능 및 시각 기능 등 여러가지 기능을 갖는 기능성 필름과 그 제조 방법에 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 관한 기능성 필름은 금형의 패턴이 전사되기 전에 필름 기재를 금형에 감을 필요가 있기 때문에, 적절한 가요성을 갖게 되지만, 패턴 전사 후에 그 필름은 강성이고 단단해질 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어지는 기능성 필름은 가요성을 갖는 것에 제한되지 않고, 예를 들어 패턴 전사 후에 열처리에 의해 필름 기재를 경화시킴으로써, 실질적으로 단단한 판 형상의 필름일 수 있다.

본 발명은 2008년 9월 8일자로 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허 출원 JP 2008-229362호에 개시된 내용과 관련된 주제를 포함하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 병합되어 있다.

도 1은 본 발명에 관한 금형 제조 방법에서 사용되는 레이저 가공 장치의 구성예를 도시하는 개략도.

도 2는 본 발명에 관한 금형 제조 방법에서 사용되는 레이저 가공 장치의 주요부를 도시하는 개략도.

도 3은 레이저 가공에 의한 패턴 형성 방법의 일례를 설명하는 모식도.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시 형태에 관한 금형 제작 공정의 일례를 설명하는 도면.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 금형 제조 방법에 의해 얻어지는 금형의 패턴 형상의 일례를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명에 관한 금형 제조 방법에서 사용되는 레이저 가공 장치의 다른 구성예를 도시하는 개략도.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시 형태에 관한 금형 제작 공정의 다른 예를 설명하는 도면.

도 8은 롤 투 롤의 전사 방식을 채용한 필름 제조 장치의 구성예를 도시하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 레이저 광원

9: 수지 원판

18, 23, 53: 금형

52: 필름 기재

Claims

원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계와,

상기 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함하는, 금형 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 가공용으로 자외선 영역의 파장을 갖는 레이저 빔이 사용되는, 금형 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지 원판의 외주면을 상기 레이저 가공함으로써 패턴이 형성되는, 금형 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지 원판의 내주면을 상기 레이저 가공함으로써 패턴이 형성되는, 금형 제조 방법.
금형 제조 방법에 의해 얻어지는 금형의 패턴을, 금형을 사용하여 필름 기재에 전사하는 단계를 포함하는 기능성 필름의 제조 방법으로서,

상기 금형 제조 방법은,

원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계 와,

상기 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함하는, 기능성 필름의 제조 방법.
금형 제조 방법에 의해 얻어지는 금형의 패턴을, 금형을 사용하여 필름 기재에 전사함으로써 얻어지는 기능성 필름으로서,

상기 금형 제조 방법은,

원통형의 수지 원판의 가공면에 레이저 가공에 의해 패턴을 형성하는 단계와,

상기 패턴 형성된 수지 원판을 사용하여 전기 주조법에 의해 원통형의 금형을 제작하는 단계를 포함하는, 기능성 필름.