KR20170105708A - 미세 구조를 가지는 광학 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20170105708A
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박성주
임용철
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안선용
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광주과학기술원
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Abstract

주기적 계층적인 미세 표면 구조를 가지는 광학필름 및 이를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 포토레지스트 패턴의 리플로우를 통해 반구형 마스크 패턴이 형성되고, 이에 대한 식각을 통해 기판 상에는 반구형 패턴이 형성된다. 또한, 나노구슬은 반구형 패턴이 형성된 기판의 전면에 배치되고, 식각을 통해 나노돌기가 형성되고, 이를 통해 마스터 기판이 형성된다. 마스터 기판 상에 몰드 재료가 도포되고 경화를 통해 역상의 복제용 기판이 형성된다. 복제용 기판의 도입을 통해 표면에 반구형 패턴과 나노돌기를 가지는 광학필름이 형성된다.

Description

미세 구조를 가지는 광학 필름 및 이의 제조방법{Optical Film of having Fine Morphology and Method of manufacturing the same}
본 발명은 광학 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주기적 또는 계층적 미세 표면구조를 가지는 광학 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 같은 휴대용 단말기는 LCD 또는 OLED 등의 디스플레이를 필수적으로 구비하며, 디스플레이에 대한 터치 동작을 통해 휴대용 단말기는 구동된다. 따라서, 디스플레이의 표면은 사용자의 지속적인 터치 동작에 의해 오염되는 현상이 발생하며, 육안상 사용자의 불쾌감을 유발하기도 한다. 즉, 사용시에 이용자로부터 지문이 묻거나, 이물질이 부착되는 문제가 발생된다. 또한, 휴대용 단말기는 다양한 환경에서 부정기적인 사용으로 인해 표면에 스크래치가 발생할 수 있으며, 외부의 충격에 의해 디스플레이가 손상되기도 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 휴대용 단말기의 디스플레이의 표면에 보호 필름이 도입된다. 보호 필름은 디스플레이의 표면과 탈착이 용이하도록 구성된다. 또한, 보호 필름은 다양한 기능을 수행하기 위해 단일 재질로 구성되지 않고, 다양한 기능층들로 구성된다. 예컨대, 보호 필름은 충격 흡수 기능, 표면 평활 기능 및 눈부심 방지 기능이 요구되므로 이에 적절한 성능을 가진 기능층들이 상호간에 적층된다. 또한, 터치감을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 사용된다.
대한민국 등록특허 제1369918호는 디스플레이용 보호필름을 개시한다. 상기 특허를 살펴보면, 베이스필름층 상에 충격흡수층, 표면필름층, 눈부심방지층, 향균코팅층 및 이형필름으로 구성된 보호필름이 나타난다.
충격흡수층은 우래탄 소재이며 탄성을 부여하여 디스플레이의 파손을 방지하고, 눈부심방지층은 마이크로 사이즈의 비드를 포함하여 난반사를 방지한다. 또한, 항균코팅층은 해로운 세균의 전이를 방지한다.
상기 기술은 표면의 평활도를 유지하고, 터치감을 향상시키는 내용을 개시하고 있으나, 지문 방지 또는 자가 세척 기능에 대해서는 침묵하고 있다. 지문 또는 사용에 의한 이물질의 오염을 방지하기 위해 마이크로 사이즈의 구조체를 표면에 형성하는 기술이 사용되기도 한다. 다만, 이는 기계적 내구성이 취약하고, 사용회수가 증가함에 따라 지문 방지, 반사 방지 및 자가 세척의 기능이 상실되는 문제가 있다. 따라서, 우수한 기계적 내구성을 가지고, 우수한 오염방지의 특성을 가지는 표면 구조의 광학 필름은 요구된다 할 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 계층적 표면 구조를 가지는 광학필름의 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 광학필름의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 마이크로 사이즈의 반구형 패턴들; 및 상기 반구형 패턴들의 이격공간과 상기 반구형 패턴들 상에 형성된 나노 사이즈의 나노돌기들을 포함하는 광학필름을 제공한다.
또한, 상기 제2 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 기저층 상에 코팅층을 형성하는 단계; 상기 코팅층 상에 복제용 기판을 도입하여 압착하는 단계; 및 상기 코팅층에 자외선을 조사하여 상기 코팅층을 경화시키는 단계를 포함하는 광학필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 제2 기술적 과제는, 규칙적으로 배열된 반구형 패턴들과 전면에 형성된 나노돌기들을 가지는 마스터 기판을 형성하는 단계; 상기 마스터 기판 상에 광투과성을 가지는 몰드 재료를 도포하는 단계; 및 상기 몰드 재료를 경화시켜 상기 반구형 패턴의 역상인 반구형 함몰부와 상기 나노돌기의 역상인 전사 나노돌기를 가지는 복제용 기판을 형성하는 단계를 포함하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법의 제공을 통해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 반구형 패턴들은 광학필름과 동일한 재질로 표면 상에 형성되고, 반구형 패턴을 포함하는 광학필름의 전면에는 나노 사이즈의 나노로드 또는 나노돌기들이 형성된다. 이와 같이 형성된 계층적 표면구조의 광학필름은 구조적 특성으로 기인하여 탁월한 소수성을 제공한다. 만일, 광학필름의 불화물 재질을 가지거나 발유제로 코팅되는 경우, 구조 및 표면화학적 특징의 상승작용으로 인해 뛰어난 소수성과 소유성을 동시에 가진다.
또한, 본 발명에서는 마스터 기판을 형성하고, 마스터 기판에 몰드 재료를 도포한 다음, 경화를 통해 복제용 기판을 형성한다. 복제용 기판에는 마스터 기판의 계층적 표면 구조의 역상이 형성된다. 이를 고분자 필름에 스탬프 공정에 적용하면 마스터 기판과 동일한 형상의 계층적 구조를 가지는 광학필름을 얻을 수 있다. 따라서, 계층적 표면 구조로 인한 우월한 소수성과 소유성을 가지는 광학필름을 용이하게 대량으로 제작할 수 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 필름의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 a 및 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반구형 패턴과 반구형 패턴들의 이격공간 상에 나노 패턴이 형성된 마스터 기판을 도시한 이미지들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 8a 및 도 8b의 마스터 기판을 이용하여 형성된 복제용 기판의 이미지들이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 9a 및 도 9b의 복제용 기판을 이용한 광학필름의 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
도 1 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 필름의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 반구형 마스크 패턴(110)이 형성된다.
기판(100)은 반도체, 금속, 세라믹 또는 고분자 재질을 가질 수 있다. 다만, 이후의 식각 공정에서 식각이 용이한 재질로 구성됨이 바람직하므로 상기 기판(100)은 반도체 또는 절연성 세라믹 재질을 가짐이 바람직하다.
먼저, 기판(100) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)이 형성된다. 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해 기판에 포토레지스트가 통상의 스핀 코팅법 등에 의해 도포되고, 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝된다. 이를 통해 규칙적인 배열을 가지는 포토레지스트 패턴이 형성된다. 이어서 포토레지스트 패턴에 대한 리플로우 공정이 수행된다. 리플로우 공정이 수행되면, 포토레지스트가 가지는 상호간의 분자력과 기판과의 표면장력에 의해 포토레지스터 패턴은 대략 반구형의 마스크 패턴으로 형성된다. 이는 반구형 마스크 패턴(110)으로 명명된다.
도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 반구형 패턴(120)이 형성된다.
기판(100) 상에 반구형 패턴(120)이 형성되기 위해 상기 도 1이 구조물에 대한 식각이 수행된다. 즉, 반구형 마스크 패턴(110)을 식각 마스크로 이용하는 건식 식각이 수행된다. 식각은 유도결합 플라즈마 반응성 이온식각(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching, ICP-RIE) 또는 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)을 이용하여 수행됨이 바람직하다. 식각을 통해 반구형 마스크 패턴(110)은 기판(100)으로 전사되어 반구형 패턴(120)을 형성한다. 즉, 식각이 진행될수록 반구형 마스크 패턴(110)은 지속적으로 제거되며, 반구형 마스크 패턴(110)이 제거된 부위를 통해 기판(100)의 표면은 식각된다. 따라서, 상기 도 1에서 반구형 마스크 패턴(100) 사이의 이격 공간은 가장 많이 식각되며, 반구형 마스크 패턴(110)의 최상층부 하부의 기판 영역은 가장 적게 식각된다. 이를 통해 기판(100)의 표면이 식각된 상태인 반구형 패턴(120)이 형성된다.
또한, 본 발명에서 반구형이로 지칭되는 구조물은 반원 형상만을 지칭하는 것이 아니라 소정의 곡률 반경과 규칙적인 배열을 가지는 곡면 형상의 구조물을 지칭한다. 반구형에 대한 해석과 이해는 이하 동일하게 적용된다.
기판(100)이 사파이어 또는 질화갈륨 재질을 가지면, 에천트로는 BCl2, Cl2 또는 Ar이 사용될 수 있으며, 기판(100)이 실리콘 또는 유리 재질이라면, 에천트로 CF4, SF6 또는 O2가 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 반구형 패턴(120) 상에 나노 구슬(130)이 형성된다. 반구형 패턴(120)은 마이크로 사이즈를 가짐이 바람직하다. 나노 구슬(130)은 실리카, 알루미나, 티타니아 또는 지르코이아와 같은 산화물일 수 있다. 또한, 상기 나노 구슬(130)은 실리콘, 금, 은, 백금, 철, 구리, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 산화물, 질화물 및 황화물 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
반구형 패턴(120) 상에 나노 구슬(130)의 형성을 위해 콜로이드 용액이 형성된다. 콜로이드 용액의 형성을 위해 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올 또는 펜타놀과 같은 유기 용매에 나노 구슬(130)은 분산된다. 이를 통해 유기 용매에 나노 구슬(130)이 분산된 현탁액(suspension)이 형성될 수 있다.
이어서, 반구형 패턴(120)이 형성된 기판(100)은 물 속에 투입되고, 물을 수용하는 용기에 나노구슬(130)을 포함하는 현탁액이 투입된다. 반구형 패턴(120)이 형성된 기판(100)의 투입과 현탁액의 투입은 그 순서에 무관하게 진행될 수 있다.
나노 구슬 입자들은 나노 사이즈를 가지고, 물의 표면 장력과 유기 용매와의 낮은 혼합도 등의 다양한 원인에 의해 물 위에 부유하는 특징이 있다. 따라서, 용기의 물의 상층부에는 나노 구슬 입자들이 부유하는 콜로이드 용액이 분포된다. 이어서 서서히 반구형 패턴(120)이 형성된 기판(100)을 물로부터 이탈시키면 나노 구슬들(130)은 반구형 패턴(120)이 형성된 기판(100) 상에 부착된다. 다만, 나노 구슬들(130)과 반구형 패턴(120) 또는 기판(100)의 표면과의 접착력은 약할 수 있으므로 나노 구슬들(130)이 부착된 기판(100)의 이송시 주의가 필요하다. 또한, 기판(100)에 잔류하는 유기용매는 자연조건에서 증발되거나, 100℃ 이하의 열을 공급하여 증발된다.
또한, 나노구슬(130)을 포함하는 현탁액이 물에 투입되고, 계면 활성제가 추가적으로 혼합될 수 있다. 상기 계면 활성제의 혼합을 통해 육방밀집구조의 주기성을 가지는 나노 구슬(130)이 형성될 수 있다. 상기 계면 활성제로는 Soduim dodecyl sulfate 또는 Triton X-100이 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 도 3의 구조물에 대한 식각이 수행된다. 나노 구슬(130)은 식각 마스크로 작용하므로 나노 구슬 하부의 기판 영역은 잔류하고, 나노 구슬들(130) 사이의 이격공간은 식각된다. 상기 식각은 이방성 건식 식각임이 바람직하다. 또한, 식각이 종료된 후, 잔류하는 나노 구슬(130)은 물, 에탄올 또는 메탄올에 침지하여 초음파 세척하여 제거한다. 이를 통해 나노돌기들(140)이 형성된 마스터 기판(200)을 얻을 수 있다.
상기 반구형 패턴(120)의 표면 및 반구형 패턴들 사이의 이격공간을 포함하는 마스터 기판(200)의 표면 상에 나노돌기들(140)이 형성된다. 반구형 패턴(120)의 전면 및 반구형 패턴들(120) 사이의 이격 공간 상에 나노 구슬(130)의 형성과 건식식각에 의해 주기적 계층적 양상이 나타난다. 따라서, 마스터 기판(200)의 전면에는 규칙적이 배열을 가지는 마이크로 사이즈의 반구형 패턴들(120)이 형성되고, 마스터 기판(200)의 전면에 걸쳐 나노 사이즈의 나노돌기들(140)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 나노로드 또는 나노돌기 형상의 나노돌기들(140)이 형성된 마스터 기판(200)을 이용하여 복제용 기판(300)을 제작한다.
먼저, 마스터 기판(200) 상에 저표면 에너지층(미도시)이 형성된다. 저표면 에너지층은 마스터 기판(200)의 표면 에너지를 낮추는 코팅층이다. 저표면 에너지층은 fluorinated acrylic copolymer, 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl modified polyhedral oligomeric silsesquioxane(fluoroPOSS), PTFE amorphous fluoropolymer, fluorinated monoalkylphosphates, n-perfluoroeicosane, tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane, fluorinated 3,4-ethylenedioxypyrrole(EDOP) monomer 또는 semifluorinated silane ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane)을 포함한다. 상기 저표면 에너지층은 증발법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 분자 증착법 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 저표면 에너지층이 형성된 마스터 기판(200) 상에 복제용 기판(300)을 형성한다. 복제용 기판(300)의 형성을 위해 마스터 기판(200) 상에 몰드 재료를 도포한다. 몰드 재료로는 광경화성 유기물 또는 열경화성 유기물로 구성되며, 소정의 광투과성을 가짐이 바람직하다. 몰드 재료가 광경화성 유기물인 경우, 상기 몰드 재료로는 PDMS, PFPE 또는 PTFE가 사용될 수 있다. 또한, 몰드 재료의 도포는 스핀코팅 및 스프레이 분사 방법이 사용될 수 있다.
마스터 기판(200) 상에 몰드 재료인 경화성 유기물이 도포되면, 자외선을 조사하거나 열을 가하여 몰드 재료를 경화시킨다. 몰드 재료의 경화를 통해 복제용 기판(300)이 형성된다. 복제용 기판(300)은 마스터 기판(200)으로부터 이탈된다.
특히, 나노돌기들(140)이 형성된 마스터 기판(200)과 복제용 기판(300) 사이의 접착력을 감소시키고, 복제용 기판(300)의 이형을 원활하게 하기 위해 마스터 기판(200)의 나노돌기들(140) 표면에 저표면 에너지층이 삽입된다. 상기 저표면 에너지층은 마스터 기판(200)과 복제용 기판(300) 사이에 위치하며, 나노돌기들(140)과 복제용 기판(300)를 이루는 몰드 재료의 접착력을 감소시키고, 형성된 복제용 기판(300)이 마스터 기판(200)으로부터 용이하게 이탈하도록 한다.
이를 통해 마스터 기판(200)의 나노돌기들(140)과 역상의 복제용 기판(300)이 제작된다. 즉, 마스터 기판(200)과 대향하는 복제용 기판(300)의 표면에는 마스터 기판(200)의 반구형 패턴(120)의 역상인 반구형 함몰부(310)가 형성되고, 나노돌기들(140)의 역상인 전사 나노돌기들(320)이 형성된다. 전사 나노돌기들(320)은 나노돌기(140)의 역상이므로 복제용 기판(300)의 평활한 면과 반구형 함몰부(310)에 걸쳐서 형성된다. 형성된 복제용 기판(300)은 광학필름의 제조에 사용된다.
도 6을 참조하면, 기저층(400) 상에 코팅층(410)이 형성된다. 기저층(400)은 소정의 기판일 수 있고, 광학적 특성을 가지는 기능성 필름일 수 있다.
또한, 코팅층(410)은 용액상 또는 졸-겔 상의 고분자 재료라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 특별한 광학적 기능을 수행할 수 있는 고분자 재료로 스탬프 공정이 가능한 재료라면 어느 것이나 사용가능하다 할 것이다.
예컨대, 상기 코팅층(410)은 광경화성 물질로 PDMS, PFPE, PTFE 또는 Norland Optical Adhesive일 수 있다.
또한, 복제용 기판(300) 상에 저표면 에너지층을 도포한다. 이는 최종적으로 형성되는 반구형 패턴들과 나노돌기들을 가지는 광학필름과의 탈착을 용이하게 하기 위해 사용된다. 사용되는 저표면 에너지층은 fluorinated acrylic copolymer, 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl modified polyhedral oligomeric silsesquioxane(fluoroPOSS), PTFE amorphous fluoropolymer, fluorinated monoalkylphosphates, n-perfluoroeicosane, tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane, fluorinated 3,4-ethylenedioxypyrrole(EDOP) monomer 또는 semifluorinated silane ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane)을 포함한다. 상기 저표면 에너지층은 증발법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 분자 증착법 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 코팅층(410) 상부에 복제용 기판(300)을 도입하고, 코팅층을 압착한다. 또한, 자외선을 조사하여 코팅층을 경화시켜 주기적 계층적 미세구조를 가지는 광학필름(420)을 형성한다.
코팅층(410)은 일정한 유동성을 가지므로 복제용 기판(300)을 압착할 경우, 복제용 기판(300)에 형성된 반구형 나노 구조의 역상을 매립한다. 따라서, 코팅층(410)은 표면 전체에 걸쳐 주기적 계층적 미세구조를 가진다. 압착과 함께 자외선을 조사하거나 열을 가하면, 코팅층(410)은 경화되고 광학필름(420)으로 개질된다.
개질된 광학필름(420)은 계층적인 반구형 나노 구조를 가진다. 즉, 광학필름(420)은 마이크로 사이즈의 반구형 패턴(421)을 가지고, 반구형 패턴들(421) 상부 및 광학필름의 평활한 면인 반구형 패턴들(421) 사이의 이격공간에 나노 사이즈의 나노돌기들(423)을 가진다.
또한, 형성된 광학필름(420) 상에 소수성(hydrophobic)과 소유성(oleophobic)의 확보를 위해 불화물 계열의 발유제를 추가적으로 코팅할 수 있다. 예컨대, 과불화알킬실란이 광학필름 상에 코팅될 수 있다.
또한, 광학필름(420)이 플로린(F) 기반의 PFPE 또는 PTFE를 포함하는 경우, 소수성과 소유성을 동시에 가지므로 탁월한 오염방지 특성을 구비하는 표면을 얻을 수 있다.
도 8 a 및 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반구형 나노 패턴이 형성된 마스터 기판을 도시한 이미지들이다.
도 8a를 확대하면 도 8b의 이미지를 얻을 수 있다. 도 8a와 도 8b를 참조하면, 기판의 표면으로부터 돌출된 반구형 패턴이 개시되고, 반구형 패턴 및 기판의 표면 전체에 걸쳐 나노돌기들이 개시된다.
마스터 기판은 실리콘 재질이며, 도 1에 도시된 반구형 마스크 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트는 AZ 4330이 사용된다. 형성되는 포토레지스트 패턴의 높이는 2um 내지 5um이다. 또한, 리플로우는 100℃ 내지 250℃에서 30분 내지 1시간 수행된다. 식각을 통해 반구형 패턴이 형성된다.
또한, 나노 구슬로는 실리카가 사용된다. 나노 구슬은 에탄올 용액에 분산하여 현탁액을 형성하며, 계면활성제로는 Triton X-100가 사용된다. 이때 메탄올에 Triton X-100가 0.1% 내지 1%의 비율이 되도록 하여 사용한다. 실리콘 기판을 물에 침지하고, 물에는 콜로이드 용액 및 계면활성제가 투입된다. 이어서 물에 잠긴 실리콘 기판을 서서히 이탈시켜서 반구형 패턴이 형성된 실리콘 기판 상에 실리카 나노 구슬을 부착시킨다.
계속해서 나노 구슬을 식각 마스크로 이용한 유도결합 플라즈마 반응성 이온식각을 수행하여 상기 도 8a 및 도 8b에 도시된 마스터 기판을 얻는다. 마스터 기판에서는 규칙적으로 배열된 반구형 패턴이 형성되고, 반구형 패턴 및 그 이격 공간에서는 미세한 나노 로드 타입의 나노돌기들이 형성됨을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 8a 및 도 8b의 마스터 기판을 이용하여 형성된 복제용 기판의 이미지들이다.
도 9a를 확대하면 도 9b의 이미지를 얻을 수 있다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 마스터 기판의 표면구조의 역상이 복제용 기판의 표면에 형성된다. 또한, 복제용 기판은 PFPE 재질을 가진다.
먼저 도 8a 및 도 8b의 마스터 기판 상에 저표면 에너지층을 도포한다. 사용되는 저표면 에너지층은 CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3이며, 기상증착법으로 형성된다. 저표면 에너지층이 도포된 마스터 기판 상에 PFPE 몰드 재료를 스핀코팅법으로 도포한다. 이어서, 자외선을 조사하여 PFPE를 경화시키고, 경화된 PFPE를 마스터 기판으로부터 이탈시킨다.
형성된 복제용 기판의 표면에서는 대략 반구형의 형상이 표면으로부터 함몰된 것을 확인할 수 있다. 또한, 마스터 기판의 전면에 형성된 나노 사이즈의 나노돌기들의 역상이 형성됨을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 9a 및 도 9b의 복제용 기판을 이용한 광학필름의 이미지이다.
도 10을 참조하면, 광학필름은 NOA 63의 재질을 가진다. 광학필름을 형성하기 위해 실리콘 기판 상에 NOA 63을 스핀코팅법으로 도포하고, 도 9a 및 도 9b의 복제용 기판을 이용하여 압착하고, 자외선을 조사한다. 자외선의 조사를 통해 NOA 63을 경화하여 광학필름을 얻는다.
형성된 광학필름은 도 8a 및 도 8b의 마스터 기판의 형상을 가진다. 즉, 마스터 기판의 형상은 광학필름으로 전사됨을 확인할 수 있다.
상술한 본 발명에 따라 제조되는 광학필름은 마이크로 사이즈를 가지는 반구형 패턴을 가진다. 또한, 반구형 패턴 및 반구형 패턴들의 이격 공간에는 나노 사이즈의 나노돌기들이 형성된다. 광학필름의 불화물 재질을 가지거나 발수제로 코팅되는 경우, 소수성과 소유성의 특성을 가진다. 또한, 마이크로 사이즈의 반구형 패턴들이 규칙적인 배열을 가지고, 전면에 걸쳐 나노 사이즈의 돌기들이 형성되므로 높은 소수성과 소유성을 가진다. 따라서, 지문방지 필름 또는 방열 필름으로 사용가능하다. 또한, 이를 발광 다이오드 등에 적용할 경우, 발광 구조체와 공기 간의 굴절율 차이에 의해 발생되는 내부 전반사가 완화되어 광추출 효율이 상승될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 마스터 기판을 형성하고, 마스터 기판에 몰드 재료를 도포한 다음, 경화를 통해 복제용 기판을 형성한다. 복제용 기판에는 마스터 기판의 주기적 계층적 표면 미세구조의 역상이 나타난다. 이를 고분자 필름의 스탬프 공정에 적용하면 마스터 기판과 동일한 형상의 주기적 계층적 미세구조를 가지는 광학필름을 얻을 수 있다. 따라서, 계층적 표면 구조로 인한 우월한 소수성과 소유성을 가지는 광학필름을 용이하게 대량으로 제작할 수 있다.
100 : 기판 110 : 반구형 마스크패턴
120, 421 : 반구형 패턴 130 : 나노구슬
140, 423 : 나노돌기 200 : 마스터 기판
300 : 복제용 기판 310 : 반구형 함몰부
320 : 전사 나노돌기 420 : 광학필름

Claims (21)

  1. 마이크로 사이즈의 반구형 패턴들; 및
    상기 반구형 패턴들의 이격공간과 상기 반구형 패턴들 상에 형성된 나노 사이즈의 나노돌기들을 포함하는 광학필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반구형 패턴들은 규칙적인 배열을 가지는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노돌기들은 상기 반구형 패턴들의 표면 및 상기 반구형 패턴들 사이의 이격공간의 표면으로부터 함몰된 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 나노돌기들의 외곽선은 상기 반구형 패턴의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반구형 패턴들 및 상기 나노돌기들은 동일 물질로 광경화성을 가지는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반구형 패턴들 및 상기 나노돌기들은 PDMS, PFPE, PTFE 또는 Norland Optical Adhesive를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반구형 패턴들 및 상기 나노돌기들의 표면은 불화물 계열의 발수제로 코팅된 것을 특징으로 하는 광학필름.
  8. 기저층 상에 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층 상에 복제용 기판을 도입하여 압착하는 단계; 및
    상기 코팅층에 자외선을 조사하여 상기 코팅층을 경화시키는 단계를 포함하는 광학필름의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복제용 기판은 표면으로부터 반구형으로 함몰된 반구형 함몰부와 상기 반구형 함몰부를 포함하는 복제용 기판의 전면에 요철형상으로 형성된 전사 나노돌기들를 가지는 것을 특징으로 하는 광학필름의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 복제용 기판을 도입하여 압착하는 단계 이전에, 상기 복제용 기판의 표면에 저표면 에너지층을 형성하여 상기 복제용 기판과 상기 경화된 코팅층의 표면 에너지를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 저표면 에너지층은 fluorinated acrylic copolymer, 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl modified polyhedral oligomeric silsesquioxane(fluoroPOSS), PTFE amorphous fluoropolymer, fluorinated monoalkylphosphates, n-perfluoroeicosane, tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane, fluorinated 3,4-ethylenedioxypyrrole(EDOP) monomer 또는 semifluorinated silane ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 복제용 기판의 압착과 자외선의 조사에 의해 상기 경화된 코팅층은 상기 반구형 함몰부의 역상인 반구형 패턴과 상기 전사 나노돌기의 역상인 나노돌기를 가지는 것을 특징으로 하는 광학필름의 제조방법.
  13. 규칙적으로 배열된 반구형 패턴들과 전면에 형성된 나노돌기들을 가지는 마스터 기판을 형성하는 단계;
    상기 마스터 기판 상에 광투과성을 가지는 몰드 재료를 도포하는 단계; 및
    상기 몰드 재료를 경화시켜 상기 반구형 패턴의 역상인 반구형 함몰부와 상기 나노돌기들의 역상인 전사 나노돌기들를 가지는 복제용 기판을 형성하는 단계를 포함하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 마스터 기판을 형성하는 단계는,
    기판 상에 규칙적인 배열을 가지는 반구형 패턴들을 형성하는 단계;
    상기 반구형 패턴 상부 및 상기 반구형 패턴들 사이의 이격공간에 나소 사이즈의 나노 구슬들을 형성하는 단계; 및
    상기 나노 구슬들을 식각 마스크로 이용한 식각을 통해 상기 반구형 패턴과 상기 반구형 패턴들 사이의 이격공간에 상기 나노돌기들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반구형 패턴들을 형성하는 단계는,
    기판 상에 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴들을 리플로우 하여 반구형 마스크 패턴들을 형성하는 단계; 및
    상기 반구형 마스크 패턴에 대한 식각을 통해 상기 기판 상에 대략 반구형으로 돌출된 상기 반구형 패턴들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 나노 구슬들을 형성하는 단계는,
    상기 나노 구슬들을 유기 용매에 투입하여 현탁액을 형성하는 단계;
    물에 상기 반구형 패턴들이 형성된 기판을 침지하고, 상기 물에 상기 현탁액을 투입하는 단계; 및
    상기 물에 침지된 상기 기판을 서서히 이탈시켜 상기 반구형 패턴들과 상기 반구형 패턴들 사이의 이격공간에 상기 나노 구슬들을 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 광학필름 복제용 기판의 제조방법은,
    상기 현탁액의 투입과 함께 계면 활성제가 투입되는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 계면 활성제는 dodecyl sulfate 또는 Triton X-100을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 마스터 기판을 형성하는 단계 이후에,
    상기 마스터 기판 상에 저표면 에너지층을 형성하여 상기 마스터 기판과 상기 복제용 기판 사이의 접착력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 저표면 에너지층은 fluorinated acrylic copolymer, 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl modified polyhedral oligomeric silsesquioxane(fluoroPOSS), PTFE amorphous fluoropolymer, fluorinated monoalkylphosphates, n-perfluoroeicosane, tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane, fluorinated 3,4-ethylenedioxypyrrole(EDOP) monomer 또는 semifluorinated silane ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 복제용 기판을 형성하는 단계 이후에, 상기 복제용 기판을 상기 마스터 기판으로부터 이탈시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름 복제용 기판의 제조방법.
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