KR20170092341A - 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선이 투과할 수 있는 광투과성 수지 재질로 이루어지며, 적어도 일면에 음각의 마스터 주름 패턴이 형성되어 있는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 이용하여 구조물의 표면에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 미세한 주름 패턴을 형성하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스탬프를 이용하여 구조물의 표면에 마이크로 표면 주름을 제조하는 방법은, (S11) 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면에 수지를 도포하거나 구조물의 표면에 수지를 도포하는 단계; (S12) 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면을 구조물의 표면에 밀착하는 단계; (S13) 스탬프의 마스터 주름 패턴과 구조물 사이의 수지를 경화시키는 단계; (S14) 스탬프를 구조물의 표면에서 분리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 표면 주름 제조용 스탬프, 그 제조 방법 및 그 스탬프를 이용한 마이크로 표면 주름 제조 방법{Stamp for Making Micro-scale Surface Wrinkles, Method for Manufacturing the Same, And Method for Fabricating Micro-scale Surface Wrinkles On Structures Using the Stamp}

본 발명은 구조물의 표면에 마이크로 스케일의 미세한 주름 패턴을 형성하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일면에 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 미세한 주름 패턴이 형성되어 있는 스탬프를 제작하고, 이 스탬프를 이용하여 구조물의 표면에 국부적으로 마이크로 스케일의 미세한 주름 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

물체의 표면에 형성되는 표면 주름은 표면적을 증대시키는 작용을 하여 열전달 효율을 향상시키는 작용을 하거나, 넓어진 표면적을 이용하여 반응을 촉진시키는 작용, 초소수성 작용 등 다양한 작용을 한다.

이에 최근 들어 표면의 주름 구조에 대하여 최근 관심이 증대되고 있으며, 물체의 표면에 마이크로 스케일의 주름 구조를 제작하고 응용하는 기술에 대하여 여러 연구가 진행되어 왔다.

기존에 물체의 표면에 주름 구조를 형성하는 방법으로는 탄력성이 있는 수지 재질의 기판의 표면을 플라즈마 또는 UV 오존 처리하여 주름을 원하는 형상으로 제작하거나, 웨이퍼 상에 스핀 코팅한 광경화성 레진을 불완전 경화시킨 후 고온의 플레이트에서 급속 가열하여 표면 주름을 생성시키는 방법 등이 있다.

그러나 이러한 미세 주름 패턴 생성 방법은 구조물의 필요한 위치만 국부적으로 미세 주름을 형성하는 것이 거의 불가능하고, 주름을 만드는 과정 역시 매우 복잡한 문제가 있다.

또한 물체의 표면에 미세 주름을 형성하는 방법으로 금형의 캐비티 내면에 미리 미세 주름을 만들어서 사출성형하는 방식이 있으나, 금형 제작에 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 특개2009-172860호(2009.8.6) 등록특허공보 제10-1176490호(2012.08.17) 등록특허공보 제10-1317509호(2013.10.04)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 구조물의 표면에 국부적으로 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 주름 패턴을 용이하게 형성할 수 있으며, 평면 뿐만 아니라 굴곡진 표면에도 미세 주름 패턴을 형성할 수 있는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프, 그 제조 방법 및 그 스탬프를 이용한 마이크로 표면 주름 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프는, 자외선이 투과할 수 있는 광투과성 수지 재질로 이루어지며, 적어도 일면에 구조물의 표면에 형성하고자 하는 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 미세 주름 패턴과 대응하는 음각의 마스터 주름 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 제조하는 방법은,

(S1) 기판에 광경화성 수지를 도포하는 단계;

(S2) 상기 광경화성 수지의 표면을 경화시키면서 광경화성 수지에 두께 방향으로 광중합이 발생하게 하고, 수축시켜 양각된 미세 주름 패턴을 형성하는 단계;

(S3) 상기 기판의 양각된 미세 주름 패턴 위에 광투과성 수지를 도포하는 단계;

(S4) 상기 광투과성 수지를 경화시키는 단계;

(S5) 상기 광투과성 수지를 기판에서 분리하여 일면에 음각된 마스터 주름 패턴이 형성된 스탬프를 얻는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 스탬프를 이용하여 구조물의 표면에 마이크로 표면 주름을 제조하는 방법은,

(S11) 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면에 수지를 도포하거나 구조물의 표면에 수지를 도포하는 단계;

(S12) 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면을 구조물의 표면에 밀착하는 단계;

(S13) 스탬프의 마스터 주름 패턴과 구조물 사이의 수지를 경화시키는 단계;

(S14) 스탬프를 구조물의 표면에서 분리하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 마스터 주름 패턴이 형성되어 있는 스탬프에 광경화성 수지를 묻혀서 미세 주름 패턴을 형성하고자 하는 구조물의 면에 밀착시켜 자외선을 조사하기만 하면 구조물의 표면에 미세 주름 패턴을 형성할 수 있다. 따라서 구조물의 원하는 부분에 국부적으로 미세 주름 패턴을 용이하고 신속하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 제조하는 과정 중 시간이 경과함에 따라 광경화성 수지에 형성되는 미세 주름 패턴의 형태를 나타낸 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 제조하는 방법 의 다른 실시예를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 이용하여 평판형 구조물의 표면에 미세 주름 패턴을 형성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프를 이용하여 곡면형 구조물의 표면에 미세 주름 패턴을 형성하는 예를 설명하는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프, 그 제조 방법 및 그 스탬프를 이용한 마이크로 표면 주름 제조 방법의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프(1)를 나타낸 것으로, 이 실시예의 스탬프(1)는 하부면에 구조물의 표면에 형성하고자 하는 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 미세 주름 패턴과 대응하는 음각의 마스터 주름 패턴(2)이 형성된 블록 형태를 갖는다.

상기 스탬프(1)는 자외선이 투과할 수 있는 광투과성 수지 재질로 이루어지는데, 바람직하기로 상기 스탬프(1)는 공기가 통과할 수 있는 다공성의 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane)으로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 스탬프(1)가 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 이루어질 경우 스탬프(1)의 마스터 주름 패턴(2)에 수지를 묻혀서 구조물의 표면에 밀착시킬 때(도 4 및 도 5 참조) 마스터 주름 패턴(2)과 구조물 표면 사이의 공기가 스탬프(1)를 통해 외부로 빠져 나오게 되어 마스터 주름 패턴(2)과 구조물 표면 사이에 에어트랩(air trap)이 발생하지 않게 된다.

상기 스탬프(1)의 하부면에 형성되는 마스터 주름 패턴(2)은 구조물에 형성될 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 미세 주름 패턴과 대응하는 음각 패턴으로 형성되어, 상기 마스터 주름 패턴(2)에 의해 구조물의 표면에는 양각된 미세 주름 패턴이 형성될 수 있다.

도 2를 참조하여 이러한 본 발명의 스탬프(1)를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기판(10)의 상부면에 몰드(11)를 형성하고, 몰드(11)의 캐비티 내에 마스터 주름 패턴을 형성하기 위한 광경화성 수지를 도포한다(단계 S1). 이 때 상기 광경화성 수지로는 자외선(UV) 경화성 에폭시 수지(예를 들어 상품명 NOA 68T)를 사용할 수 있으며, 브러쉬를 이용하여 설정된 두께로 얇게 수지를 도포한다.

이와 같이 기판(10) 상에 광경화성 수지(12)가 소정의 두께로 도포된 후, 약하게 짧은 시간 동안 광경화성 수지(12)에 자외선을 조사하면 광경화성 수지(12)의 표면은 경화되고 표면에서부터 두께 방향으로 광경화성 수지의 내부에 약한 광중합(polymerization)이 발생하게 된다. 이 상태에서 열 경화(thermal curing) 또는 건조 공정을 수행하면 광경화성 수지에 생긴 재료 gradient에 의해서 표면에 양각된 미세 주름 패턴(12a)이 형성된다(단계 S2). 도 3은 시간이 경과함에 따라 상기 광경화성 수지에 형성되는 미세 주름 패턴의 형태를 나타낸 것이다. 상기 수지의 광중합층이 수축되면서 형성되는 미세 주름 패턴(12a)은 점(dot), 짧은 줄무늬(short line), 불규칙한 줄무늬(irregular line) 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이와 같이 기판(10) 상에 미세 주름 패턴(12a)이 양각으로 형성되면, 기판(10)의 상부면에 광투과성 수지인 PDMS 수지를 공급한다(단계 S3).

이어서 설정 시간 동안(예를 들어 3시간 동안) PDMS 수지에 열을 가하면 PDMS 수지가 경화된다(단계 S4). 그리고, 경화된 PDMS 수지를 기판(10)에서 분리하면 상기 미세 주름 패턴(12a)과 대응하는 마스터 주름 패턴(2)이 하부면에 음각된 스탬프(1)가 얻어진다(단계 S5).

상기 스탬프(1)의 마스터 주름 패턴(2)은 상기 S2 단계에서 조사되는 자외선의 광량이나 열량, 조사 시간 등에 따라 달라질 수 있는데, 상기 S1 단계에서 기판(10) 상에 도포되는 수지의 두께를 달리하여 미세 주름 패턴을 형성하면 두께 별로 다른 미세 주름 패턴을 형성할 수 있다.

예를 들어 도 4에 도시한 것과 같이, 상기 S1 단계에서 기판(10)의 상부면에 높이가 다른 복수개의 홈(11a)이 형성되어 있는 몰드(11)를 안착하고, 상기 몰드(11)의 홈 내측에 광경화성 수지(12)를 도포하여 각각의 홈에 형성되는 광경화성 수지의 두께를 다르게 형성한 다음, 광경화성 수지(12)에 자외선을 조사하고 열 경화 또는 건조 공정을 수행하여 미세 주름 패턴을 형성하면, 각각의 두께 영역 별로 다른 패턴의 미세 주름 패턴(12a)이 형성된다.

상술한 과정을 통해 만들어진 본 발명의 스탬프(1)를 이용하면 구조물의 표면의 원하는 부분에 국부적으로 미세 주름 패턴을 형성할 수 있다.

즉, 도 5에 도시한 것과 같이 스탬프(1)의 마스터 주름 패턴(2)이 형성된 하부면에 광경화성 수지를 도포하거나 구조물의 표면에 수지를 도포한다(단계 S11). 그런 다음, 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면을 구조물(20)의 표면에 밀착하고(단계 (S12), 스탬프(1)의 상측에서 자외선을 조사하여 마스터 주름 패턴(2)과 구조물(20) 사이의 광경화성 수지를 경화시킨다(단계 S13). 상기 스탬프(1)는 광이 투과하는 투명한 PDMS 수지로 만들어져 있기 때문에 자외선이 스탬프(1)를 투과하여 광경화성 수지를 경화시킬 수 있게 된다.

상기 마스터 주름 패턴(2)과 구조물(20) 사이의 광경화성 수지가 완전히 경화되고, 스탬프(1)를 구조물(20)의 표면에서 분리하면(단계 S14), 마스터 주름 패턴(2)과 대응하는 양각의 미세 주름 패턴(21), 즉 마이크로 표면 주름이 구조물(20)의 표면에 남겨지게 된다.

본 발명의 스탬프(1)는 도 5에 도시한 것과 같은 구조물(20)의 편평한 면에도 형성될 수 있으나, 스탬프(1)가 탄성력이 있는 PDMS 수지 재질로 이루어지므로 도 6에 도시한 것과 같이 구조물(20)의 곡면 부분에 대응하는 형태로 탄성 변형이 가능하다. 따라서 도 6에 도시한 것처럼 스탬프(1)를 탄성 변형시켜 스탬프(1)의 마스터 주름 패턴(2)이 형성된 면을 구조물(20)의 곡면에 밀착하여 미세 주름 패턴(21)을 형성할 수 있다.

전술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 마스터 주름 패턴(2)이 형성되어 있는 스탬프(1)에 광경화성 수지를 묻혀서 미세 주름 패턴을 형성하고자 하는 구조물의 면에 밀착시켜 자외선을 조사하기만 하면 구조물의 표면에 미세 주름 패턴을 형성할 수 있다. 따라서 구조물의 원하는 부분에 국부적으로 미세 주름 패턴을 용이하고 신속하게 형성할 수 있다.

한편 상술한 것과 같이 스탬프(1)를 구조물(20)의 표면에 밀착시켜 미세 주름 패턴(21)을 복제할 때 스탬프(1)를 초기에 만들어진 형태 그대로 사용할 수도 있지만, 스탬프(1)를 제조한 이후에 스탬프(1)의 양쪽 끝단에서 압축하중 또는 인장하중을 가하면 압축변형 또는 인장변형이 발생하여 스탬프(1)의 마스터 주름 패턴(2)이 원래 형태와는 다른 형태를 가질 수 있다. 따라서 구조물(20)의 표면에 국부적으로 미세 주름 패턴(21)을 복제하여 만들 때 프리스트레인(pre-strain)을 주어서 스탬프(1)의 변형을 이용하여 더 굵거나 더 세밀한 다양한 형태의 미세 주름 패턴을 복제할 수 있다.

이러한 본 발명의 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프는 매우 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어 유체가 유동하는 채널의 표면에 국부적으로 미세 주름 패턴을 형성하여 유체의 유속이나 유동 특성을 변화시키는데 사용되거나, 물체의 표면에 발수성 또는 소수성 돌기 패턴을 형성하는데 사용될 수 있는 등 매우 다양한 분야에 적용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 스탬프 2 : 마스터 주름 패턴
10 : 기판 11 : 몰드
11a : 홈 12 : 광경화성 수지
12a : 미세 주름 패턴 20 : 구조물
21 : 미세 주름 패턴(마이크로 표면 주름)

Claims (10)

1. 자외선이 투과할 수 있는 광투과성 수지 재질로 이루어지며, 적어도 일면에 구조물의 표면에 형성하고자 하는 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 미세 주름 패턴과 대응하는 음각의 마스터 주름 패턴이 형성되어 있는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프.
2. 제1항에 있어서, 상기 광투과성 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS : polydimethylsiloxane) 수지인 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프.
3. 제1항 또는 제2항에 따른 스탬프의 제조 방법으로서,
   (S1) 기판에 광경화성 수지를 도포하는 단계;
   (S2) 상기 광경화성 수지의 표면을 경화시키면서 광경화성 수지에 두께 방향으로 광중합이 발생하게 하고, 수축시켜 양각된 미세 주름 패턴을 형성하는 단계;
   (S3) 상기 기판의 양각된 미세 주름 패턴 위에 광투과성 수지를 도포하는 단계;
   (S4) 상기 광투과성 수지를 경화시키는 단계;
   (S5) 상기 광투과성 수지를 기판에서 분리하여 일면에 음각된 마스터 주름 패턴이 형성된 스탬프를 얻는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 (S1) 단계에서는 브러쉬를 이용하여 설정된 두께로 광경화성 수지를 도포하는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프의 제조 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 (S2) 단계에서는 기판 상의 광경화성 수지에 자외선을 조사하여 경화 및 중합반응을 발생시키고 열을 가하거나 상온 건조하여 광경화성 수지에 양각된 미세 주름 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프의 제조 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 (S1) 단계에서는 상기 기판의 상부면에 높이가 다른 복수개의 홈이 형성되어 있는 몰드가 안착되고, 상기 몰드의 홈 내측에 광경화성 수지가 도포되어 각각의 홈에 형성되는 광경화성 수지의 두께가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조용 스탬프의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 따른 스탬프를 이용하여 구조물의 표면에 마이크로 표면 주름을 제조하는 방법으로서,
   (S11) 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면에 수지를 도포하거나 구조물의 표면에 수지를 도포하는 단계;
   (S12) 스탬프의 마스터 주름 패턴이 형성된 면을 구조물의 표면에 밀착하는 단계;
   (S13) 스탬프의 마스터 주름 패턴과 구조물 사이의 수지를 경화시키는 단계;
   (S14) 스탬프를 구조물의 표면에서 분리하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 수지는 자외선(UV)에 의해 경화되는 광경화성 수지이고, 상기 (S13) 단계에서는 스탬프의 상측에서 자외선을 조사하여 상기 수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 구조물은 곡면을 포함하며, 상기 (S12) 단계에서 상기 스탬프는 구조물의 곡면 형태에 따라 탄성 변형되면서 구조물의 곡면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 (S11) 단계를 수행하기 전에, 스탬프(1)의 양쪽 끝단에서 압축하중을 가하거나 인장하중을 가하여 프리스트레인(pre-strain)을 가하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 표면 주름 제조 방법.
    

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