KR20180128457A

KR20180128457A - 패터닝 방법 및 패터닝 장치

Info

Publication number: KR20180128457A
Application number: KR1020187030889A
Authority: KR
Inventors: 코지 와타나베
Original assignee: 나가세케무텍쿠스가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-12-03
Also published as: EP3450142B1; CN108883573B; WO2017169493A1; US20190111616A1; TWI731949B; CN108883573A; JPWO2017169493A1; JP6222510B1; SG11201808339VA; EP3450142A1; TW201806733A; EP3450142A4; KR102255002B1

Abstract

광경화 패턴(경화물)을 이형층으로부터 박리할 필요가 없고, 간편하고 단시간에 광경화 패턴을 형성할 수 있는 패터닝 방법을 제공한다. 패터닝 방법은, (i) 광조사면을 가지는 바닥부를 구비하는 조형용 트레이에, 비중(d₁)을 가지는 액상의 이형 재료, 및 비중(d₁)보다 작은 비중(d₂)을 가지고, 또한 이형 재료와 상분리되는 액상의 패터닝 재료를 공급하여, 바닥부에 접촉하는 이형 재료의 제1 액층을 마련하고, 제1 액층 상에 이것과 접촉하는 패터닝 재료의 제2 액층을 형성하여, 제2 액층의 제1 액층과의 계면 근방에 패터닝 재료의 액막을 형성하는 공정과, (ii) 제1 액층을 통하여 액막에 대해서 광을 조사하여, 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성하는 공정을 구비한다.

Description

패터닝 방법 및 패터닝 장치

본 발명은, 광조형에 이용되는 패터닝 방법 및 패터닝 장치에 관한 것이다.

3D 프린터를 시작으로 하는 광조형 용도에서는, 종래, 광조형의 플랫폼(대좌, 臺座)은 위로 향한 상태에서, 트레이 내의 광경화성 재료에 침지된다. 이 경우, 상방으로부터 플랫폼을 향하여 광조사하는 것으로 광경화 패턴(광경화성 재료의 경화물)을 형성하고, 플랫폼의 하강과 광조사를 반복하는 것으로 광경화 패턴이 적층되어서 3차원 조형체가 형성된다. 그러나, 이 방법에서는, 많은 광경화성 재료가 필요하기 때문에, 비용적으로 불리하다.

이러한 과제를 해결하는 관점에서, 최근에는, 매달기 방식의 광조형이 채용되고 있다. 매달기 방식의 광조형에서는, 조사되는 광을 투과 가능한 트레이에 소량의 광경화성 재료를 막 형상으로 공급하여 플랫폼을 광경화성 재료에 침지하고, 트레이의 하방으로부터 플랫폼을 향하여 광조사하여 광경화 패턴을 형성한다. 이 경우, 패턴을 형성할 때마다 플랫폼을 상승시켜서, 이 플랫폼의 상승과 광조사를 반복하는 것으로 3차원 조형체가 형성된다.

매달기 방식의 광조형에서는, 트레이의 내저면과 플랫폼과의 사이에 형성되는 광경화 패턴을, 트레이의 내저면으로부터 박리시켜서 플랫폼과 함께 상승시키기 때문에, 트레이의 내저면에, FEP(테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), 또는 PFA(테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체) 등으로 형성된 필름 형상의 이형층이 형성된다(예를 들면, 특허문헌 1).

도 2는, 일반적인 매달기 방식에 의한 3차원 광조형의 패터닝 방법의 공정을 설명하기 위한 단면 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 매달기 방식의 광조형에서는, 우선, 플랫폼(104)의 패턴 형성면(104a)과 트레이(103)의 내저면에 배치된 이형층(101)과의 사이에 광경화성 재료(패터닝 재료)(102)의 액막(102a)을 형성한다(공정 (a)). 트레이(103)의 바닥부로부터 광원(105)에 의해 패턴 형성면(104a)을 향하여 광(L)을 조사하여 액막(102a)을 경화시키고, 패턴(102b)을 형성한다(공정 (b)). 다음에, 플랫폼(104)을 상승시켜서, 패턴(102b)을 이형층(101)으로부터 박리시킨다(공정 (c)). 그러나, 패턴(102b)은, 이형층(101)에 접촉한 상태로 경화되어 있고, 용이하게는 박리되지 않기 때문에, 어느 정도 큰 힘으로 플랫폼(104)을 상승시켜서, 패턴(102b)의 이형층(101)으로부터의 박리를 재촉하고 있다. 플랫폼(104)을 기세 좋게 상승시키면, 패턴(102b)과 이형층(101)과의 사이에 적절한 두께의 액막(102a)을 형성하기 위하여, 다시 플랫폼(104)을 하강시킬 필요가 있다(공정 (d)). 또한, 공정 (c) 및 공정 (d)에서의 플랫폼(104)의 상승 및 하강에 수반하여, 플랫폼(104)과 이형층(101)과의 사이의 패터닝 재료가 유동하여 난류(亂流)가 발생한다. 이 때문에, 다른 액막(102a)을 형성하고, 패터닝 재료의 난류가 어느 정도 해소될 때까지 정치(靜置)한(공정 (e)) 후에, 다시 액막(102a)을 향하여 광원(105)으로부터 광(L)을 조사하고, 액막(102a)을 경화시켜서 다른 패턴(102b)을 형성할 필요가 있다(공정 (f)).

또한, 조사되는 광 및 산소를 투과 가능하게 한 바닥부를 구비하는 트레이를 이용하여 광조형을 행하는 방법도 검토되고 있다. 이 방법에서는, 바닥부로부터 트레이 내에 산소가 유입되어서, 트레이의 내저면 근방에 있어서 경화 반응이 저해되는 미경화의 수지의 박층(데드 존)이 형성되는 것으로, 연속적으로 패터닝을 행하고 있다(비특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2008-137392호

Science vol. 347pp. 1349-1352

종래가 매달기 방식의 광조형에서는, 패턴을 이형층으로부터 박리하는 데 플랫폼의 상승 및 하강이 필요해짐과 함께, 액막의 난류가 해소될 때까지 정치할 시간도 필요해진다. 이 때문에, 공정이 번잡해짐과 함께, 광조형에 시간을 필요로 한다.

또한, 산소 투과성의 바닥부를 구비하는 트레이를 이용하는 경우라도, 패턴을 트레이로부터 박리하는 데 어느 정도의 기세와 힘이 필요하다. 또한, 형성되는 패턴의 데드 존에 가까운 영역에서는, 재료의 경화가 불충분해지기 쉽고, 패턴의 경화에 시간을 필요로 한다.

본 발명의 목적은, 광조형에 있어서, 광경화 패턴(경화물)을 이형층으로부터 박리할 필요가 없고, 간편하고 단시간에 광경화 패턴을 형성할 수 있는 패터닝 방법 및 패터닝 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 실시예는, 광경화성의 패터닝 재료에 광조사하여, 패턴을 형성하는 패터닝 방법으로서,

(i) 광조사면을 가지는 바닥부를 구비하는 조형용 트레이에, 제1 비중(d₁)을 가지는 액상의 이형 재료, 및 상기 제1 비중(d₁)보다 작은 제2 비중(d₂)을 가지고 또한 상기 이형 재료와 상분리되는 액상의 상기 패터닝 재료를 공급하여, 상기 바닥부에 접촉하는 상기 이형 재료의 제1 액층을 마련함과 함께, 상기 제1 액층 상에 상기 제1 액층과 접촉하는 상기 패터닝 재료의 제2 액층을 형성하여, 상기 제2 액층의 상기 제1 액층과의 계면 근방에 있어서 상기 패터닝 재료의 액막을 형성하는 공정과,

(ii) 상기 제1 액층을 통하여 상기 액막에 대해서 광을 조사하여, 상기 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성하는 공정을 구비하는, 패터닝 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는, 광경화성의 패터닝 재료에 광조사하여, 패턴을 형성하기 위한 패터닝 장치로서,

광조사면을 가지는 바닥부를 구비하고, 제1 비중(d₁)을 가지는 액상의 이형 재료, 및 상기 제1 비중(d₁)보다 작은 제2 비중(d₂)을 가지고, 또한 상기 이형 재료와 상분리되는 액상의 상기 패터닝 재료를 공급하여, 상기 바닥부에 접촉하는 상기 이형 재료의 제1 액층을 마련함과 함께, 상기 제1 액층 상에 상기 제1 액층과 접촉하는 상기 패터닝 재료의 제2 액층을 형성하여, 상기 제2 액층의 상기 제1 액층과의 계면 근방에 상기 패터닝 재료의 액막을 형성하기 위한 조형용 트레이와,

상기 액막에 대해서 상기 제1 액층을 통하여 광을 조사하여, 상기 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성하기 위한 광원을 구비하는, 패터닝 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 광조형에 있어서, 광경화 패턴(경화물)을 조형용 트레이의 내저면에 배치된 이형층으로부터 박리할 필요가 없고, 간편하고 단시간에 광경화 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 신규한 특징을 첨부된 청구의 범위에 기술하지만, 본 발명은, 구성 및 내용의 양쪽 모두에 관하여, 본 발명의 다른 목적 및 특징과 함께, 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 패터닝 방법의 공정을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 2는 일반적인 매달기 방식에 의한 광조형의 패터닝 방법의 공정을 설명하기 위한 단면 모식도이다.

[패터닝 방법 및 패터닝 장치]

이하, 필요에 대응하여 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 패터닝 방법 및 패터닝 장치에 대해 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시형태에 관한 패터닝 방법은, 광경화성의 패터닝 재료에 광조사하여 정해진 패턴을 형성하는 패턴(2차원 패턴, 3차원 패턴(또는 3차원 조형체) 등)의 제조 방법이다. 패터닝 방법은, (i) 광조사면을 가지는 바닥부를 구비하는 조형용 트레이에, 제1 비중(d₁)을 가지는 액상의 이형 재료, 및 제1 비중(d₁)보다 작은 제2 비중(d₂)을 가지고, 또한 이형 재료와 상분리되는 액상의 패터닝 재료를 공급하여, 바닥부에 접촉하는 이형 재료의 제1 액층을 마련함과 함께, 제1 액층 상에 제1 액층과 접촉하는 패터닝 재료의 제2 액층을 형성하여, 제2 액층의 제1 액층과의 계면 근방에 있어서 패터닝 재료의 액막을 형성하는 공정과, (ii) 제1 액층을 통하여 액막에 대해서 광을 조사하여, 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성하는 공정을 구비한다. 공정 (i)에 있어서, 액막은, 제2 액층에 플랫폼의 패턴 형성면을 침지시켜서, 패턴 형성면과 제1 액층과의 사이에 형성해도 좋다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 패터닝 방법의 공정을 설명하기 위한 단면 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 우선, 공정 (i)에서는, 조형용 트레이(3)에 액상의 이형 재료 및 액상의 패터닝 재료를 공급하여, 조형용 트레이(3)의 바닥부(구체적으로는, 내측의 바닥면)에 접촉하는 이형 재료의 제1 액층(1)과, 제1 액층(1) 상에 제1 액층(1)과 접촉하는 패터닝 재료의 제2 액층(2)을 형성한다. 이형 재료의 비중(제1 비중)(d₁)이 패터닝 재료의 비중(제2 비중)(d₂)보다 커지도록 양 재료를 선택함과 함께, 이형 재료와 패터닝 재료로서 상분리되는 것을 이용하는 것으로, 조형용 트레이(3)의 바닥부와 제2 액층(2)과의 사이에 이형 재료의 제1 액층(1)이 배치된다.

공정 (i)에서는, 상층인 제2 액층(2)의, 하층인 제1 액층(1)과의 계면 근방에 있어서 패터닝 재료의 액막(11a)이 형성된다. 도시예에서는, 플랫폼(4)의 바닥면에 상당하는 패턴 형성면(4a)을, 제2 액층(2)에 침지시켜서, 제1 액층(1)과 패턴 형성면(4a)과의 사이에 액막(11a)이 형성된다. 또한, 플랫폼(4)을 이용하지 않는 경우에는, 제1 액층(1)과 제1 액층(1) 상의 제2 액층(2)을 형성하는 것으로, 액막(11a)이 제1 액층(1)과 제2 액층(2)과의 계면 근방에 있어서 제2 액층(2) 중에 형성된다.

조형용 트레이(3)의 바닥부(구체적으로는, 외측의 바닥면)는, 조형용 트레이(3)의 하방에 배치된 광원(5)에 대향하는 광조사면(3a)을 구비하고 있다. 그리고, 공정 (ii)에서는, 광원(5)으로부터 광(L)을, 제1 액층(1)을 통하여 액막(11a)에 대해서 조사한다. 조사된 광(L)은, 조형용 트레이(3)의 바닥부 및 광조사면(3a) 상에 위치하는 제1 액층(1)을 투과하여, 액막(11a)에 흡수된다. 이것에 의해, 액막(11a)이 광경화되어 2차원 패턴(11b)이 형성된다.

또한, 2차원 패턴을 적층하는 것으로, 3차원 패턴을 형성해도 좋다. 보다 구체적으로는, 공정 (ii)의 후, 패턴 형성면(4a)을 상승시켜서, 패턴(11b)과 제1 액층(1)과의 사이에, 패터닝 재료의 액막(11a)을 더 형성한다(공정 (iii)). 그리고, 광원(5)으로부터, 제1 액층(1)(및 조형용 트레이(3)의 바닥부)을 통하여, 액막(11a)에 대해서 광(L)을 조사하는 것으로써, 액막(11a)을 경화시켜서, 다른 패턴(11b)을 형성한다. 이것에 의해, 2차원의 패턴(11b)에, 다른 패턴(11b)이 적층되고(공정 (iv)), 3차원 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 공정 (iii)과 공정 (iv)를 여러 차례 반복하는 것으로, 여러가지 두께를 가지는 3차원 패턴을 형성해도 좋다.

공정 (ii)에 있어서 얻어지는 패턴(11b)은, 이형 재료의 제1 액층(1) 상에 형성되고, 제1 액층(1)과 접촉하면서도 제1 액층(1)과는 분리된 상태이다. 이 때문에, 종래와는 달리, 형성된 패턴(11b)을 조형용 트레이(3)의 내측의 바닥면이나 이형층으로부터 박리할 필요가 없다. 따라서, 플랫폼(4)을 이용하여 3차원 패턴을 형성하는 경우, 패턴(11b)의 박리를 위해서 플랫폼(4)을 필요 이상으로 상승시킬 필요가 없어지기 때문에, 형성된 패턴(11b)과 제1 액층(1)과의 사이에 적절한 두께의 다음의 액막(11a)을 형성하는 위치에 플랫폼(4)의 패턴 형성면(4a)을 하강시킬 필요도 없다. 또한, 플랫폼(4)을 기세 좋게 상승시킬 필요가 없기 때문에, 형성된 패턴(11b)과 제1 액층(1)과의 사이에 존재하는 패턴 재료가 크게 유동되는 일도 억제되고, 액막(11a)을 형성한 후에 신속하게 광조사를 행하여 다음의 패턴(11b)을 형성할 수 있다. 또한, 패턴을 적층하는 경우에도 동일하고, 패턴(11b)을 조형 트레이(3)나 이형층으로부터 박리시킬 필요도, 패턴 형성면(4a)을 하강시킬 필요도 없고, 조속한 광조사가 가능해진다. 이와 같이 본 실시형태에 의하면, 간편하고 단시간에 광경화 패턴을 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 액막(11a)의 형성과 패턴(11b)의 형성을 연속하여 부드럽게 행할 수 있기 때문에, 3차원 패턴의 형성을 연속적으로 행할 수 있고, 광조형을 고속으로 행하는 것도 가능하다.

또한, 일반적으로, 매달기 방식의 광조형에서는, 광경화 패턴의 형성과 이형층으로부터의 광경화 패턴의 박리를 반복하기 때문에, 광경화 패턴의 박리를 반복할 때마다, 이형층에 박리 응력이 더해지고, 이형층이 열화(백화 등)되는 일이 있다. 이형층이 열화(백화 등)되면, 이형성이 저하되어 광경화 패턴을 박리하기 어려워지고, 또한 큰 박리 응력이 이형층에 가해지게 된다. 또한, 이형층과 패턴과의 계면에서 패턴이 박리되지 않고, 그 이외의 계면(예를 들면, 조형용 트레이와 이형층과의 계면)에서 박리가 일어나거나, 미세한 형상을 재현할 수 없거나 한다. 또한, 경화시킬 때에, 패터닝 재료가 발열되어, 이형층에 데미지를 주는 일이 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 패턴(11b)은, 이형층에 상당하는 제1 액층(1) 상에 형성되지만, 제1 액층(1)과는 분리되어 있기 때문에, 제1 액층(1)에 박리 응력이 가해지는 일도 없다. 따라서, 제1 액층(1)이 백화되거나, 이형성이 저하되거나, 열화되거나 하는 것이 억제되고, 미세한 형상의 재현성도 높다. 또한, 의도하지 않는 계면에서의 패턴이나 이형층의 박리를 억제할 수도 있다.

본 발명의 실시형태에 관한 패터닝 장치는, 광경화성의 패터닝 재료에 광조사하여 패턴을 형성하는 장치이다. 패터닝 장치는, 이형 재료 및 패터닝 재료를 공급하여, 제1 액층 및 제2 액층을 마련하는 광조형용 트레이와, 제2 액층의 제1 액층과의 계면 근방에 형성된 패터닝 재료의 액막을 광경화시키는 광원을 구비한다. 패터닝 장치는, 패턴 형성면을 가지는 플랫폼을 더 구비하고 있어도 좋다.

광조형용 트레이는, 광조사면을 가지는 바닥부를 구비하고 있고, 바닥부에 접촉하도록 이형 재료의 제1 액층을 마련하고, 제1 액층 상에 제1 액층과 접촉하는 패터닝 재료의 제2 액층을 형성한다. 플랫폼은, 상하동 가능하고, 제2 액층에 패턴 형성면을 침지시켜서, 패턴 형성면과 제1 액층과의 사이에 패터닝 재료의 액막을 형성한다. 플랫폼을 가지는 장치는, 3차원 패턴을 형성하는데 적합하다. 광원은, 제1 액층을 통하여 액막에 대해서 광을 조사하여, 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성한다.

또한, 본 발명에서는, 액막의 광경화를 방해하지 않도록, 광조형용 트레이 및 제1 액층은, 적어도 광이 조사되는 영역에 있어서는, 조사되는 광(예를 들면, 자외광으로부터 가시광선 영역의 광)을 투과할 필요가 있다. 광조형용 트레이나 제1 액층은, 적어도 광이 조사되는 영역에 있어서, 예를 들면, 조사되는 광에 대한 광선 투과율이, 80% 이상이나 90% 이상으로 높은 것이 바람직하다.

이하에, 패터닝 방법의 각 공정 및 패터닝 장치의 구성 유닛에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

(공정 (i))

공정 (i)에서는, 조형용 트레이(3) 내에 제1 액층(1) 및 제2 액층(2)을 형성한다. 이형 재료로서 패터닝 재료의 제2 비중(d₂)보다 큰 제1 비중(d₁)을 가지는 것을 이용하는 것으로, 제1 액층(1)을, 제2 액층(2)과 조형용 트레이(3)의 내측의 바닥면과의 사이에 배치시킬 수 있다. 제1 액층(1)은, 경화 패턴에 대한 이형성을 가지고 있고, 제1 액층(1) 상에 형성된 경화 패턴을 제2 액층(2)으로부터 꺼내거나, 플랫폼(4)의 패턴 형성면(4a)과 함께 상승시키거나 할 때에, 액상의 이형층으로서 작용시킬 수 있다.

이형 재료의 제1 비중(d₁)은, 예를 들면, 1.1 이상이며, 1.2 이상 또는 1.4 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상 또는 1.7 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 제1 비중(d₁)과 제2 비중(d₂)과의 차(=d₁-d₂)는, 0보다 크면 좋고, 0.1 이상인 것이 바람직하고, 0.2 이상 또는 0.3 이상인 것이 더 바람직하다. 제1 비중(d₁)이나 비중차가 이러한 범위인 경우, 제1 액층(1)을 제2 액층(2)의 하층으로 하기 쉽다.

경화 패턴이 높은 형상 재현성을 확보하면서, 경화 패턴을 부드럽게 꺼내거나, 플랫폼과 함께 경화 패턴을 부드럽게 상승시키거나 하는 관점에서는, 액상의 이형 재료와 액상의 패터닝 재료가 가능한 한 상용(相溶)되지 않는 것도 중요하다. 양 재료로서 상분리되는 것을 이용하는 것으로, 제1 액층(1)과 제2 액층(2)과의 사이에 명확한 계면이 형성된다. 액막은, 제1 액층(1) 상(즉, 상기의 계면)에 형성되기 때문에, 명확한 계면이 형성되는 것으로, 제1 액층(1)과 접촉하는 경화 패턴의 표면을 평활화할 수 있다.

액상의 이형 재료와 액상의 패터닝 재료와의 높은 비상용성을 확보하는 관점에서는, 패터닝 재료의 표면장력과 이형 재료와의 표면장력과의 차(절대치)는, 예를 들면, 0.3mN/m 이상이며, 10mN/m 이상인 것이 바람직하고, 15mN/m 이상 또는 20mN/m 이상이라도 좋다.

공정 (i)에서는, 제1 액층(1)과 제2 액층(2)을 형성하여, 패터닝 재료의 액막을 형성할 수 있으면 좋고, 조형용 트레이(3)에, 이형 재료 및 패터닝 재료의 어느 하나를 먼저 공급해도 좋고, 이것들을 함께 공급해도 좋다. 제1 액층(1)이 하층이기 때문에, 이형 재료를 먼저 조형용 트레이(3)에 공급하여 제1 액층(1)을 형성하고, 그 후, 천천히 패터닝 재료를 공급하고, 제2 액층(2)을 형성해도 좋다.

(조형용 트레이(3))

조형용 트레이(3)의 형상은, 이형 재료 및 패터닝 재료를 수용하여, 제1 액층(1) 및 제2 액층(2)을 형성 가능한 한 특별히 제한하지 않는다. 조형용 트레이(3)는, 예를 들면, 사각형이나 원형 등의 형상을 가지는 바닥부와, 바닥부의 둘레가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 측벽을 구비하고 있다. 조형용 트레이(3)는, 예를 들면, 접시나 베드 등의 형상을 가지고 있다.

패터닝 재료의 액막에 조사되는 광을 차단하지 않도록, 조형용 트레이(3)의 바닥부의 광조사면 및 그 근방의 영역(바람직하게는 플랫폼(4)의 패턴 형성면(4a)의 하방에 위치하는 영역)은 조사되는 광을 투과 가능하다. 조형용 트레이(3)의 바닥부의 둘레가장자리부나 측벽 등은 특별히 조사되는 광을 투과 가능할 필요는 없지만, 조형용 트레이 전체를, 조사되는 광을 투과 가능(예를 들면, 투명)으로 해도 좋다.

조형용 트레이(3)는, 수지 등의 유기 재료나, 유리 등의 무기 재료로 구성된다. 조형용 트레이(3)의 광이 조사되는 영역은, 수지(제1 수지)나 유리로 구성된다. 조형용 트레이(3)를 구성하는 제1 수지로서는, 조사되는 광을 투과 가능한 수지, 예를 들면, 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 조형용 트레이(3)는, 이들의 재료를 1종 포함하고 있어도 좋고, 2종 이상 포함하고 있어도 좋다. 조형용 트레이(3)는, 필요에 대응하여, 공지의 첨가제를 포함해도 좋다.

조형용 트레이(3)의 이형 재료에 대한 습윤성이 낮은 경우, 제1 액층(1)을 얇게 형성하기 어렵다(제1 액층(1)의 두께가 커지기 쉽다). 이러한 경우에는, 조형용 트레이(3)와, 제1 액층(1)과의 사이의 적어도 일부에, 이형 재료에 대한 습윤성이 높은 재료로 형성된 피막을 배치해도 좋다. 예를 들면, 이형 재료로서 퍼플루오로카본 구조를 가지는 액상 재료 등의 발유성(撥油性)이 높은 재료를 이용하는 경우에는, 조형용 트레이(3)와 제1 액층(1)과의 사이의 적어도 일부에, 예를 들면, 표면 조정제를 포함하는 피막을 형성해도 좋다. 표면 조정제로서는, 예를 들면, 실리콘계 표면 조정제, 아크릴계 표면 조정제, 불소계 표면 조정제 등을 들 수 있다.

피막은, 조형용 트레이(3)와 제1 액층(1)과의 사이의 적어도 일부의 영역에 형성하면 좋고, 예를 들면, 조형용 트레이(3)의 내측의 바닥면 전체에 형성해도 좋고, 조형용 트레이(3)의 내측의 바닥면 전체와 측벽의 내측의 면의 적어도 하측의 영역에 형성해도 좋다.

피막의 두께는, 조사되는 광의 투과성을 확보할 수 있는 범위에서 적절히 결정되고, 예를 들면, 1μm ~ 10mm이다.

조형용 트레이(3)나 패터닝 장치는, 필요에 대응하여, 조형용 트레이(3)에 이형 재료나 패터닝 재료를 공급하기 위한 카트리지 등을 더 구비하고 있어도 좋다.

(제1 액층(1))

제1 액층(1)에 사용되는 이형 재료는, 유동성을 가지고, 통상, 실온(예를 들면, 20 ~ 30℃)에서 액상이다.

이형 재료로서는, 제1 비중(d₁)이 패터닝 재료의 제2 비중(d₂)보다 크고, 패터닝 재료와 상분리되고, 액막의 광경화를 저해하지 않도록, 조사되는 광을 투과 하는 액상 재료인 한 특별히 제한되지 않는다. 이러한 이형 재료는, 패터닝 재료의 종류에 대응하여 적절히 선택해도 좋다. 이형 재료는, 적어도 패터닝 재료와 상분리되면 좋고, 양 층간에 명확한 계면이 형성되는 것이 바람직하다. 이형 재료는, 예를 들면, 이형 재료와 패터닝 재료를 교반해도, 다시 상분리되는, 패터닝 재료와 서로 상용되지 않는(녹지 않는) 것이 보다 바람직하다.

이형 재료로서는, 예를 들면, 패터닝 재료 및 조사되는 광에 대해서 불활성의 액체가 이용되고, 분자성 액체, 또는 염을 포함하는 용액의 어느 하나라도 좋다. 분자성 액체로서는, 고비중이며 불활성인 관점에서, 불소계 액체가 바람직하고, 예를 들면, 퍼플루오로카본 구조를 가지는 액상 재료를 예시할 수 있다. 염을 포함하는 용액으로서는, 염과 유기용매를 포함하는 유기 용액이라도 좋지만, 염과 물을 포함하는 수용액인 것이 바람직하다. 염으로서는, 특별히 제한되지 않는다. 비용이나 범용성, 안전성 등의 관점에서는, 식염수를 이용하는 것이 바람직하다.

퍼플루오로카본 구조를 가지는 액상 재료로서는, 예를 들면, 적어도 퍼플루오로알킬기를 가지는 액상 재료를 들 수 있고, 퍼플루오로카본이라도 좋고, 에테르 구조나 폴리에테르 구조를 가지는 것이라도 좋다. 액상 재료는, 적어도 공정 (ii)의 광경화를 행할 때에 액상이면 좋고, 실온(예를 들면, 20 ~ 30℃)에서 액상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 액상 재료의 구체적인 예로서는, 3M(등록상표)사의 플로리나트(등록상표) 시리즈 및 노벡크(등록상표) 시리즈, 다이킨고교가부시키가이샤(Daikin Industries, Ltd.)의 뎀나므 시리즈 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 노벡크(등록상표) 7000(C₃F₇OCH₃), 7100(C₄F₉OCH₃), 7200(C₄F₉OC₂H₅), 및 7300(C₂F₅CF(OCH₃)C₃F₇, 플로리나트(등록상표) FC-72, FC-770, FC-3283, FC-40, 및 FC-43, 뎀나므 S-20, S-65, 및 S-200 등을 들 수 있다. 이들의 재료는, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 안전성을 확보하기 쉬운 관점에서는, 액상 재료의 비점은 높은 것이 바람직하고, 비점이 100℃를 초과하는 것이 바람직하다. 이러한 고비등점의 액상 재료로서는, 플로리나트(등록상표) FC-3283, FC-40, FC-43 등을 들 수 있다.

이형 재료의 점도는, 10Pa·s 이하인 것이 바람직하고, 1mPa·s ~ 1Pa·s인 것이 바람직하다. 이형 재료의 점도가 이러한 범위인 경우, 제1 액층(1)을 형성하기 쉽고, 액면의 레벨링성을 유지하기 쉽다. 이형 재료는, 이형 재료의 점도는, 예를 들면, E형 점토계를 이용하여, 소정의 회전 속도(예를 들면, 10rpm)로 측정할 수 있다. 이형 재료는, 공정 (ii)에 있어서 적어도 패터닝을 형성할 때에 이러한 점도를 가지고 있으면 좋고, 실온(예를 들면, 20 ~ 30℃)에서 상기의 점도를 가지고 있어도 좋다. 점도의 측정은, 패터닝을 형성할 때의 온도나 실온(예를 들면, 25℃)에서 측정할 수 있다.

제1 액층(1)의 두께는, 조형용 트레이(3)의 내측의 바닥면에 있어서, 적어도 광조사면(3a)과는 반대측의 영역이 이형 재료로 습윤된 상태가 되면 좋고, 예를 들면, 1μm ~ 10mm이며, 10μm ~ 5mm인 것이 바람직하고, 1 ~ 10mm 또는 2 ~ 10mm라도 좋다.

(제2 액층(2))

제2 액층(2)에 사용되는 패터닝 재료는, 광경화성의 재료이며, 광경화성 모노머, 광경화성 전구체(광경화성 올리고머, 광경화성 프리폴리머 등)를 포함하고 있고, 또한 광중합 개시제를 포함하는 경우도 있다. 또한, 패터닝 재료로서 광졸 겔 반응에 의해 폴리실록산을 형성하기 위한 실란 화합물(알콕시실란 등)을 이용해도 좋다. 패터닝 재료는, 유동성을 가지고, 통상, 실온(예를 들면, 20 ~ 30℃)에서 액상인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 플랫폼(4)을 크게 상승시키거나 하강시키거나 할 필요가 없기 때문에, 이러한 Z축 이동에 의해 변형되기 쉬운 재료나 매달기에 의해 변형되기 쉬운 재료라도, 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 패터닝 재료의 선택의 자유도를 향상시킬 수 있다.

광경화성 모노머로서는, 광조사에 의해 발생한 라디칼이나 양이온, 음이온 등의 작용에 의해 경화 또는 중합 가능한 모노머가 사용된다. 라디칼 중합 광경화성 모노머로서는, 중합성의 관능기를 복수 가지는 다관능성 모노머가 바람직하다. 광경화성 모노머에 있어서의 중합성 관능기의 개수는, 예를 들면, 2 ~ 8개이다. 중합성 관능기로서는, 비닐기, 알릴기 등의 중합성 탄소-탄소 불포화 결합을 가지는 기, 에폭시기 등을 예시할 수 있다.

보다 구체적으로는, 광경화성 모노머로서는, 예를 들면, 아크릴계 모노머 등의 라디칼 중합성 모노머, 에폭시계 모노머, 비닐계 모노머, 디엔계 모노머 등의 양이온 중합성 모노머 등을 들 수 있다. 광경화성 모노머는, 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 좋다.

아크릴계 모노머로서는, 예를 들면, 폴리올의 (메타)아크릴산 에스테르가 사용된다. 폴리올은, 예를 들면, 지방족 폴리올이라도 좋고, 방향환 또는 지방족환을 가져도 좋다. 또한, 본 명세서 중, 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르를, (메타)아크릴산 에스테르 또는 (메타)아크릴레이트로 총칭한다.

비닐계 모노머로서는, 폴리올폴리(비닐에테르) 등의 비닐에테르, 스티렌 등의 방향족 비닐 모노머, 비닐알콕시실란 등을 예시할 수 있다. 폴리올폴리(비닐에테르)를 구성하는 폴리올로서는, 아크릴계 모노머에 대해서 예시한 폴리올이 예시된다.

디엔계 모노머로서는, 예를 들면, 이소프렌, 부타디엔 등을 들 수 있다.

에폭시계 모노머로서는, 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 화합물을 들 수 있다. 에폭시계 모노머는, 예를 들면, 에폭시시클로헥산환 또는 2,3-에폭시프로피록시기를 포함하는 것이라도 좋다.

광경화 전구체로서는, 상기 예시의 광중합성 모노머의 올리고머, 우레탄아크릴레이트계 올리고머, 디알릴프탈레이트 프리폴리머 등을 예시할 수 있다. 이것들은, 광중합에 의해 더 고분자량화가 가능하다. 디알릴프탈레이트 프리폴리머는, 복수의 디알릴프탈레이트 유닛이 연속된 올리고머 또는 폴리머이다. 디알릴프탈레이트 프리폴리머는, 1종의 디알릴프탈레이트 유닛을 포함해도 좋고, 2종 이상의 디알릴프탈레이트 유닛을 포함해도 좋다. 2종 이상의 디알릴프탈레이트 유닛은, 예를 들면, 알릴옥시카보닐기의 치환 위치가 다른 복수의 디알릴프탈레이트 유닛을 들 수 있다. 또한, o-디알릴프탈레이트 유닛의 연결쇄를 포함하는 오르소형 디알릴프탈레이트 프리폴리머, m-디알릴프탈레이트 유닛의 연결쇄를 포함하는 이소형 디알릴프탈레이트 프리폴리머 등을 이용해도 좋다.

광경화성 전구체의 중량 평균 분자량은, 예를 들면, 5,000 ~ 150,000이며, 10,000 ~ 150,000 또는 30,000 ~ 150,000이라도 좋다.

패터닝 재료는, 또한 티올 화합물을 포함해도 좋다. 이 경우, 티올 화합물의 메르캅토기와 디알릴프탈레이트 프리폴리머 및/또는 광경화성 모노머의 탄소-탄소 이중 결합과의 사이에서 엔-티올 반응이 일어나고, 경화 속도를 더 높일 수 있다. 티올 화합물은, 1개의 메르캅토기를 가지는 단관능 화합물이라도 좋지만, 경화 속도를 높이기 쉬운 관점에서는, 2 이상의 메르캅토기를 가지는 다관능 화합물인 것이 바람직하다.

광중합 개시제는, 광의 작용에 의해 활성화되어, 광경화성 모노머 및/또는 전구체의 중합을 개시시킨다. 광중합 개시제로서는, 예를 들면, 광의 작용에 의해 라디칼을 발생하는 라디칼 중합 개시제 외에, 광의 작용에 의해 산(또는 양이온)을 생성하는 것(구체적으로는, 양이온 발생제)을 들 수 있다. 광중합 개시제는, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 광중합 개시제는, 광경화성 모노머의 타입, 예를 들면, 라디칼 중합성인지, 양이온 중합성인지 등에 대응하여 선택해도 좋다. 라디칼 중합 개시제(라디칼 광중합 개시제)로서는, 예를 들면, 알킬페논계 광중합 개시제, 아실포스핀옥사이드계 광중합 개시제 등을 들 수 있다.

패터닝 재료는, 또한, 그 외의 공지의 경화성 수지 등을 포함해도 좋다.

또한, 패터닝 재료는, 공지의 첨가제를 포함할 수 있다.

패터닝 장치는, 3차원 조형물이 형성되는 플랫폼을 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 공정 (i)에서는, 제2 액층(2)에, 플랫폼(4)의 패턴 형성면(4a)을 침지시켜서, 패턴 형성면(4a)과 제1 액층(1)과의 사이에 액막(11a)을 형성한다. 플랫폼(4)은, 패턴 형성면(4a)을 가지는 한, 그 형상, 재질, 및 사이즈 등은 특별히 제한되지 않는다.

플랫폼(4)을 이용하는 경우, 액막(11a)의 두께는, 다음의 공정에서 광조사에 의해 경화되어 2차원의 패턴(11b)을 형성 가능한 한 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 5 ~ 300μm이며, 경화 반응이 진행되기 쉬운 관점에서는, 15 ~ 150μm인 것이 바람직하다.

(공정 (ii))

공정 (ii)에서는, 공정 (i)에서 형성한 액막(11a)에 대해서 광을 조사하여 액막(11a)을 경화시키고, 2차원의 패턴(11b)을 형성한다. 광조사는, 공지의 방법으로 행할 수 있다. 광원(5)으로서는, 광경화에 사용되는 공지의 광원을 사용할 수 있다. 패턴 형성의 노광 방식은 특별히 제한되지 않고, 점노광에 의해서도, 면노광에 의해서도 행할 수 있다. 점노광 방식으로는, 예를 들면, 갈바노 레이저를 이용하여 노광을 행할 수 있다. 면노광의 프로젝터로서는, LCD(투과형 액정) 방식, LCoS(반사형 액정) 방식, 및 DLP(등록상표, Digital Light Processing) 방식 등을 예시할 수 있다.

조사되는 광의 파장은, 패터닝 재료의 구성 성분(특히, 광중합 개시제의 종류)에 대응하여 적절히 선택할 수 있다. 조사에는, 자외선이나 가시광선 등이 적합하게 이용된다. 라디칼 중합 개시제를 이용하는 경우에는, 예를 들면, 300 ~ 450nm의 파장의 광이 조사에 이용된다.

형성되는 패턴은, 패터닝 재료의 경화물이다. 경화에 의해 얻어지는 패턴 소재 중, 고무상(狀) 중합체는 유연하다. 이 때문에, 매달기 방식으로 3차원 패턴을 형성하는 경우, 종래와 같이, 이형층으로부터 패턴을 박리시키거나 플랫폼(4)을 크게 상승시키거나 하강시키거나 하는 것이 필수라면, 패턴 형성면에 매단 경화물이 변형되기 쉽고, 고무상 중합체 등이 유연한 소재로 패턴을 형성하는 것은 곤란했다. 본 발명에서는, 종래에 비해 플랫폼(4)의 상하 이동이 저감되기 때문에, 고무상 중합체 등이 유연한 소재로 패턴을 형성하는 것에도 적합하다. 또한, 고무상 중합체로서는, 예를 들면, 아크릴계 고무, 디엔계 고무, 스티렌-부타디엔계 고무, 실리콘 고무, 엘라스토머 등을 들 수 있다.

(공정 (iii))

플랫폼(4)의 패턴 형성면(4a)에 서서히 2차원 패턴을 적층해 나가는 것으로, 3차원 패턴을 형성할 수 있다.

공정 (iii)에서는, 패턴 형성면(4a)을 상승시켜서, 패턴(11b)과 제1 액층(1)과의 사이에 패터닝 재료의 액막(11a)을 더 형성한다. 즉, 패턴 형성면(4a)에 형성된 패턴(11b) 상에 다음의 액막(11a)을 형성한다. 이 액막(11a)은, 제2 액층(2)에, 플랫폼(4)의 패턴 형성면(4a)을 침지시키는 것으로, 패턴 형성면(4a)에 형성된 패턴(11b)과 제1 액층(1)과의 사이에 형성된다.

공정 (iii)에서 형성되는 액막(11a)의 두께에 대해서는, 공정 (i)의 액막(11a)에 대해서 기재한 범위로부터 적절히 설정할 수 있다.

패터닝 장치는, 필요에 따라, 광원(5)과 패턴 형성면(4a)과의 사이에, 패터닝 재료의 액막(11a)이 형성되도록 플랫폼(4)을 상승(필요에 따라 하강)시키는 유닛을 더 구비하고 있어도 좋다.

(공정 (iv))

공정 (iv)에서는, 제1 액층(1)을 통하여, 공정 (iii)에서 형성된 액막(11a)에 대해서, 광원으로부터 광을 조사하여, 액막(11a)을 광경화시키고, 2차원의 패턴(11b) 상에 다른 패턴(11b)을 적층한다. 이와 같이 2차원 패턴이 두께 방향으로 적층되는 것으로, 3차원 조형 패턴을 형성할 수 있다.

광원이나 조사되는 광의 파장 등은, 공정 (ii)에 대한 기재를 참조할 수 있다.

(v) 공정 (iii)과 공정 (iv)를 반복하는 공정

패터닝 방법은, 공정 (iii)과 공정 (iv)를 여러 차례 반복하는 공정 (v)을 포함할 수 있다. 이 공정 (v)에 의해, 복수의 2차원의 패턴(11b)이 두께 방향으로 적층되게 되고, 더 입체적인 조형 패턴이 얻어진다. 또한, 2번째 이후의 공정 (iii)에서는, 액막(11a)은, 제1 액층(1)과 패턴(11b)과의 사이에 형성된다.

반복 회수는, 원하는 3차원 조형 패턴의 형상이나 사이즈 등에 대응하여 적절히 결정할 수 있다.

(그 외)

공정 (ii)에서 얻어진 2차원의 패턴(11b)이나, 공정 (iv)이나 공정 (v)에서 얻어진 3차원의 패턴에는, 미경화의 패터닝 재료가 부착되어 있기 때문에, 통상, 용제에 의한 세정 처리가 실시된다.

공정 (ii), 공정 (iv)이나 공정 (v)에서 얻어진 패턴에는, 필요에 따라, 후경화를 실시해도 좋다. 후경화는, 패턴에 광조사하는 것으로 행할 수 있다. 광조사의 조건은, 패터닝 재료의 종류나 얻어진 패턴의 경화의 정도 등에 대응하여 적절히 조절할 수 있다. 후경화는, 패턴의 일부에 대해서 행해도 좋고, 전체에 대해서 행해도 좋다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 기초하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(1) 패터닝 재료의 조제

트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 100질량부에 대해서, 아실포스핀옥사이드계 광중합 개시제(BASF사제, Irgacure 819) 3질량부를 첨가하고, 80℃에서 가열하는 것으로써 균일한 액상의 광경화성 패터닝 재료(재료 a1)를 조제했다. 이 패터닝 재료에 대해서, 액체의 온도가 실온(25℃)인 조건에서, 점도, 비중 및 표면장력을 대기하에서 측정했다. 표면장력은, 쿄와카이멘가가쿠샤(協和界面科學社)제 자동 접촉각계 DM-501을 이용하여, Young-Laplace법에 의해 측정을 행했다.

(2) 평가

(2-1) 평가 A

(a) 제1 액층 및 제2 액층의 형성

조형용 트레이로서의 유리 샬레(직경 5cm)에, 퍼플루오로카본 구조를 가지는 액상의 이형 재료(재료 b1, 3M사제, 플로리나트(등록상표) FC-43)를 주입하고, 이형 재료의 제1 액층(두께 5mm)을 형성했다. 또한, 이형 재료에 대해서는, 패터닝 재료의 경우와 마찬가지로 하여, 액체의 온도가 실온(25℃)인 조건에서, 점도, 비중 및 표면장력을 대기하에서 측정했다.

다음에, 상기의 패터닝 재료를, 유리 샬레에 천천히 주입하고, 제1 액층과 패터닝 재료의 제2 액층과의 상분리 상태를 하기의 기준에서 육안으로 관찰했다.

A: 제1 액층 상에 제2 액층이 형성되고, 제1 액층과 제2 액층은 2층으로 상분리되어 있고, 양 층의 사이에는 명확한 계면이 형성되어 있다.

B: 이형 재료가 하층으로 패터닝 재료가 상층으로 되어 있으나, 양 층의 사이의 계면은 확인할 수 없다.

C: 이형 재료와 패터닝 재료는 2층으로 상분리되어 있지만, 패터닝 재료가 하층(제1 액층)으로, 이형 재료가 상층(제2 액층)으로 되어 있다.

D: 이형 재료와 패터닝 재료가 섞여 상용되어 있거나, 혹은 에멀전 상태가 되어 있다.

(b) 패턴 형성

LED 램프를 이용하여, 파장 405nm의 광선을 조도 5mW/cm²로 유리 샬레의 바닥부 및 제1 액층을 통하여, 제2 액층의 제1 액층과의 계면 근방에 형성된 액막에 10초간 조사하고, 패터닝 재료를 경화시켰다. 얻어진 패터닝 재료의 경화막(2차원 패턴)의 상태, 및 경화막을 꺼낼 때의 상황을 이하의 기준으로 평가했다.

A: 박막 상태의 경화막이 형성되고, 경화막은 제1 액층과 제2 액층과의 계면 근방으로부터 핀셋으로 간단하게 꺼낼 수 있고, 제1 액층으로부터 저항없이 끌어올릴 수 있었다.

B: 경화막은, 핀셋으로 간단하게 꺼낼 수 있고, 제1 액층으로부터 저항없이 끌어올릴 수 있었지만, 경화막의 형상은 비뚤어지고 부정형(不定形)이었다.

C: 박막 상태의 경화막이 형성되었지만, 경화막은 유리 샬레의 내저면에 고착된 상태이며, 경화막의 형상을 유지한 상태로 박리할 수 없었다.

D: 경화막이 생기지 않거나, 혹은, 액 중에 세세하게 분산되어 있는 상태에서, 경화막으로서 꺼낼 수 없었다.

다음에, DLP(등록상표, Digital Light Processing) 방식의 프로젝터 광원을 이용하는 패터닝 장치(카시오사제, XJ-M151)를 이용하여, 3차원 광조형을 실시했다. 구체적으로는, 패터닝 장치의 조형용 트레이에, 상기와 같은 액상의 이형 재료를 주입하여 제1 액층(두께 5mm)을 형성했다. 다음에, 상기와 같은 패터닝 재료를 천천히 주입하고, 제1 액층 상에, 패터닝 재료의 제2 액층을 형성했다.

패터닝 장치의 플랫폼의 패턴 형성면을, 하향으로, 제2 액층에 침지시키고, 패턴 형성면과 제1 액층과의 사이에 액막을 형성했다. 패턴 형성면에 대해서, 트레이의 하방으로부터 광원으로부터, 파장 405nm의 광선을 조도 5mW/cm²로, 직경 1cm의 링 형상으로 조사하고, 패턴 형성면의 액막을 경화시켰다. 이 조건에서의 광조사를 계속하면서, 플랫폼을 상방(Z축 방향)으로 1cm/분의 속도로 연속적으로 끌어올렸다. 이 때, 플랫폼은, 패턴 형성면에 경화물이 유지된 상태로 저항없이 연속적으로 끌어올릴 수 있고, 제1 액층으로부터 저항없이 끌어올릴 수 있었다. 또한, 얻어진 원통 형상의 3차원 패턴은, 균일하게 경화가 진행되고 있고, 깔끔한 외관을 가지고 있었다.

또한, 2차원 패턴 및 3차원 패턴의 형성은, 각각, 대기하에서, 액체의 온도가 실온(25℃)인 조건에서 실시했다.

(2-2) 평가 B

상기 평가 A의 (a)와 마찬가지로 하여, 제1 액층 상에, 패터닝 재료의 제2 액층을 형성했다. 다음에, 제1 액층 및 제2 액층을 스파출러(spatula)로 잘 교반한 후, 제1 액층과 패터닝 재료의 제2 액층과의 상분리 상태를 하기의 기준에서 육안으로 관찰했다.

A: 제1 액층 상에 제2 액층이 형성되고, 제1 액층과 제2 액층은 2층으로 상분리되어 있고, 양 층의 사이에는 명확한 계면이 형성되고 있다.

C: 이형 재료와 패터닝 재료와는 2층으로 상분리되어 있지만, 패터닝 재료가 하층(제1 액층)으로, 이형 재료가 상층(제2 액층)으로 되어 있다.

D: 이형 재료와 패터닝 재료가 상용되어 있거나, 혹은 에멀전 상태가 되어 있다.

다음에, 상기 평가 A의 (b)와 마찬가지로 하여, 2차원 패턴을 형성했다. 이 때, 패터닝 재료의 경화막(2차원 패턴)의 상태, 및 경화막을 꺼낼 때의 상황을 이하의 기준으로 평가했다.

B: 경화막은, 핀셋으로 간단하게 꺼낼 수 있고, 제1 액층으로부터 저항없이 끌어올릴 수 있었지만, 경화막의 형상은 비뚤어지고 부정형이었다.

C: 박막 상태의 경화막이 형성되었지만, 경화막은 유리 샬레의 내저면에 고착된 상태며, 경화막의 형상을 유지한 상태로 박리할 수 없었다.

또한, 2차원 패턴의 형성은, 각각, 대기하에서, 액체의 온도가 실온(25℃)인 조건에서 실시했다.

이형 재료 b1 대신에, 퍼플루오로카본 구조를 가지는 액상의 이형 재료(재료 b2, 다이킨고교가부시키가이샤제, 뎀나므 S-65)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

이형 재료 b1 대신에, 퍼플루오로카본 구조를 가지는 액상의 이형 재료(재료 b3, C₄F₉OCH₃, 3M(등록상표)사제, 노벡크(등록상표) 7100)를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

이형 재료 b1 대신에, 실온에서 조제한 포화 식염수(재료 b4)를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

[비교예 1]

이형 재료 b1 대신에, 물(재료 b5)을 이용하고, 평가 A 및 B를 시도한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 조작을 행했다. 물을 유리 샬레에 주입하여 액상의 제1 액층을 형성한 후, 패터닝 재료를 천천히 주입했는데, 패터닝 재료의 제2 액층이, 하층이 되고, 제2 액층 상에 제1 액층이 형성되었다. 이 상태에서, 광조사를 행했는데, 유리 샬레의 내저면에 패터닝 재료가 경화된 경화막이 형성되었지만, 경화막의 형상을 유지한 상태로 박리할 수 없었다.

[비교예 2]

이형 재료 b1 대신에, 실리콘 오일(재료 b6, 신에츠카가쿠가부시키가이샤(信越化學株式會社)제, KF96-1000 cp)을 이용하여 평가 A 및 B를 시도한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 조작을 행했다. 실리콘 오일을 유리 샬레에 주입하여 액상의 제1 액층을 형성한 후, 패터닝 재료를 천천히 주입했는데, 패터닝 재료의 제2 액층이, 하층이 되고, 제2 액층 상에 제1 액층이 형성되었다. 이 상태에서, 광조사를 행했는데, 유리 샬레의 내저면에 패터닝 재료가 경화된 경화막이 형성되었지만, 경화막의 형상을 유지한 상태로 박리할 수 없었다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 비스페놀 A에 에틸렌옥사이드가 4개 부가된 부가체의 디아크릴레이트를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a2)를 조제했다. 패터닝 재료 a2를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a3)를 조제했다. 패터닝 재료 a3을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a4)를 조제했다. 패터닝 재료 a4를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 3,3,5-트리메틸시클로헥산올아크릴레이트를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a5)를 조제했다. 패터닝 재료 a5를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

[비교예 3]

이형 재료로서 클로로포름(재료 b7)을 이용하여 평가 A 및 B를 시도한 것 외에는, 실시예 8과 마찬가지로 조작을 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 이소보닐아크릴레이트를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a6)를 조제했다. 패터닝 재료 a6을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 2-페녹시에틸아크릴레이트를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a7)를 조제했다. 패터닝 재료 a7을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 폴리에테르계 우레탄아크릴레이트 올리고머(서트마社製, CN986)를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a8)를 조제했다. 패터닝 재료 a8을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 1의 (1)에 있어서, 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트 대신에, 3＇,4＇-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트를 이용했다. 아실포스핀옥사이드계 광중합 개시제 대신에, 양이온계 광중합 개시제(BASF사제, Irgacure 270)를 이용했다. 또한, 광증감제로서 디부톡시안트라센 0.2질량부를 이용했다. 이것들 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 패터닝 재료(재료 a9)를 조제했다. 패터닝 재료 a9를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 평가 A 및 B를 행했다.

실시예 및 비교예의 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에는, 사용한 패터닝 재료 및 이형 재료의 물성(비중, 점도, 표면장력) 외에, 제1 비중(d₁)과 제2 비중(d₂)과의 차(=d₁-d₂), 및 이형 재료와 패터닝 재료와의 표면장력의 차의 절대치도 함께 기재했다. 실시예 1 ~ 12는, A1 ~ A12이며, 비교예 1 ~ 3은, B1 ~ B3이다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 이형 재료의 제1 액층(하층)과 패터닝 재료의 제2 액층(상층)이, 계면이 명확한 상태로 상분리되고, 깔끔한 박막 상태의 경화막이 형성되었다. 또한, 경화막은 핀셋으로 간단하게 꺼낼 수 있었다. 이에 비해, 비교예 1 및 2에서는, 이형 재료의 제1 액층이 상층이 되고, 패터닝 재료의 제2 액층이 하층이 되었기 때문에, 경화막은 조형 트레이의 내저면에 고착되고, 박막의 상태로 꺼내는 것은 곤란했다. 비교예 3에서는, 평가 A에서는, 하층의 제1 액층과 상층의 제2 액층과의 계면을 확인하지 못하고, 경화막의 형상도 비뚤어졌다. 또한, 비교예 3은, 평가 B에서는, 패터닝 재료와 이형 재료가 완전하게 상용되어 있고, 광조사해도 경화막은 형성되지 않았다.

본 발명을 현시점에서의 바람직한 실시형태에 관해서 설명했지만, 그러한 개시를 한정적으로 해석해서는 안된다. 여러 가지의 변형 및 개변은, 상기 설명을 읽은 것에 의해서 본 발명에 속하는 기술 분야에 있어서의 당업자에게는 분명히 명백해질 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는, 본 발명의 진정한 정신 및 범위로부터 일탈하는 일 없이, 모든 변형 및 개변을 포함한다고 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 실시형태에 관한 패터닝 방법 및 패터닝 장치는, 매달기 방식의 광조형에 있어서, 광경화 패턴(경화물)을 이형층으로부터 박리할 필요가 없고, 간편하고 단시간에 광경화 패턴을 형성할 수 있다. 연속적인 패터닝도 가능하고, 고속 광조형에도 적합하다.

1: 제1 액층,
2: 제2 액층,
3: 조형용 트레이,
3a: 광조사면,
4: 플랫폼,
4a: 패턴 형성면,
5: 광원,
L: 광,
11a: 액막,
11b: 패턴,
101: 이형층,
102: 패터닝 재료,
102a: 액막,
102b: 패턴,
103: 트레이,
104: 플랫폼,
104a: 패턴 형성면,
105: 광원

Claims

광경화성의 패터닝 재료에 광조사하여, 패턴을 형성하는 패터닝 방법으로서,
(i) 광조사면을 가지는 바닥부를 구비하는 조형용 트레이에, 제1 비중(d₁)을 가지는 액상의 이형 재료, 및 상기 제1 비중(d₁)보다 작은 제2 비중(d₂)을 가지고 또한 상기 이형 재료와 상분리되는 액상의 상기 패터닝 재료를 공급하여, 상기 바닥부에 접촉하는 상기 이형 재료의 제1 액층을 마련함과 함께, 상기 제1 액층 상에 상기 제1 액층과 접촉하는 상기 패터닝 재료의 제2 액층을 형성하여, 상기 제2 액층의 상기 제1 액층과의 계면 근방에 있어서 상기 패터닝 재료의 액막을 형성하는 공정과,
(ii) 상기 제1 액층을 통하여 상기 액막에 대해서 광을 조사하여, 상기 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성하는 공정을 구비하는, 패터닝 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 비중(d₁)은, 1.2 이상이며,
상기 제1 비중(d₁)과 상기 제2 비중(d₂)과의 차는, 0.1 이상인, 패터닝 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 패터닝 재료의 표면장력과 상기 이형 재료의 표면장력과의 차는, 10mN/m 이상인, 패터닝 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이형 재료는, 상기 패터닝 재료 및 상기 광에 대해서 불활성의 액체이며,
상기 액체는, 불소계 액체, 또는 염의 용액인, 패터닝 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 (ii)의 상기 패터닝을 형성할 때의 상기 이형 재료의 점도는, 10Pa·s 이하인, 패터닝 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 (i)에 있어서, 상기 제2 액층에, 플랫폼의 패턴 형성면을 침지시켜서, 상기 패턴 형성면과 상기 제1 액층과의 사이에 상기 액막을 형성하는, 패터닝 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 공정 (ii)의 후, 추가로,
(iii) 상기 패턴 형성면을 상승시켜서, 상기 패턴과 상기 제1 액층과의 사이에, 상기 패터닝 재료의 다른 액막을 형성하는 공정과,
(iv) 상기 제1 액층을 통하여 상기 다른 액막에 대해서 광을 조사하여, 상기 다른 액막을 광경화시키고, 상기 패턴에, 다른 패턴을 적층하는 공정을 가지는, 패터닝 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 공정 (iii)과 상기 공정 (iv)를 여러 차례 반복하는, 패터닝 방법.
광경화성의 패터닝 재료에 광조사하여, 패턴을 형성하기 위한 패터닝 장치로서,
광조사면을 가지는 바닥부를 구비하고, 제1 비중(d₁)을 가지는 액상의 이형 재료, 및 상기 제1 비중(d₁)보다 작은 제2 비중(d₂)을 가지고, 또한 상기 이형 재료와 상분리되는 액상의 상기 패터닝 재료를 공급하여, 상기 바닥부에 접촉하는 상기 이형 재료의 제1 액층을 마련함과 함께, 상기 제1 액층 상에 상기 제1 액층과 접촉하는 상기 패터닝 재료의 제2 액층을 형성하여, 상기 제2 액층의 상기 제1 액층과의 계면 근방에 상기 패터닝 재료의 액막을 형성하기 위한 조형용 트레이와,
상기 액막에 대해서 상기 제1 액층을 통하여 광을 조사하여, 상기 액막을 광경화시키고, 패턴을 형성하기 위한 광원을 구비하는, 패터닝 장치.
제 9 항에 있어서,
패턴 형성면을 가지고, 상기 제2 액층에 상기 패턴 형성면을 침지시켜서, 상기 패턴 형성면과 상기 제1 액층과의 사이에 상기 액막을 형성하기 위한, 상하 이동 가능한 플랫폼을, 더 구비하는, 패터닝 장치.