KR20210014991A - 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 및 제작 방법 - Google Patents

나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 및 제작 방법 Download PDF

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Abstract

나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법이 제공된다. 본 발명은 마이크로 패턴의 상부에만 선택적으로 자외선 기반 나노 노광 공정을 적용하여 나노 패턴을 형성하므로 마이크로 패턴과 나노 패턴 사이의 경계부가 없이 대면적 패턴을 자유롭게 구현이 가능한 이점이 있다.

Description

나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 및 제작 방법{Deco film having nano-micro composite pattern and manufacturing method of the same}
본 발명은 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 및 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 패턴의 상부에만 선택적으로 자외선 기반 나노 노광 공정을 적용하여 나노 패턴을 형성함으로써 마이크로 패턴과 나노 패턴 사이의 경계부가 없이 대면적 패턴을 자유롭게 구현이 가능하게 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 및 제작 방법에 관한 것이다.
최근 휴대전화, 노트북 등 다양한 전자제품의 외관에 장식적인 미를 부여하기 위해 금속재의 표면에 패턴을 형성하는 기술로서, 수 나노에서 수백 마이크로 크기를 가지는 패턴 형성 공정에 대한 많은 연구결과들이 발표되고 있다. 기존의 단일층 패턴 형상만이 아닌 두 층 이상의 복합 패턴의 경우에는 보다 다양한 광학적 특성을 얻을 수 있어 관심을 받고 있다.
이러한 기술로서, ‘나노-마이크로 복합 패턴 형성을 위한 몰드의 제조 방법(등록번호 : 10-1385976)’에서는 리소그래피 공정을 이용하여 제작한 마이크로 패턴을 갖는 감광제 패턴 위에 나노 패턴을 전사시켜 마이크로-나노 복합 패턴을 형성하기 위한 몰드의 제조 방법을 제공한다. 그러나 이러한 방식은 나노 패턴을 제작함에 있어 전자빔을 이용함으로써 대면적 패턴을 구현하는데 한계가 있고, 마이크로 패턴과 나노 패턴의 경계부에 전사 공정 시 이음매의 흔적이 발생하여 해당 제품을 데코 필름에 적용 시 외관 품질 저하를 유발할 수 있다.
상기 종래기술과 같이, 나노-마이크로 복합 패턴을 형성하는 기술로 포토리소그래피를 기반으로 나노구조의 패턴형성을 위한 전자빔 리소그래피, 극자외선 리소그래피, 홀로그램 리소그래피 등이 있다. 이러한 방법은 고가의 공정장비 및 비용이 요구되며, 또한 복합구조물을 위한 식각 공정의 어려움으로 인하여 다양한 방법에 의한 공정기술이 개발되고 있다. 따라서 공정비용의 절감 및 공정의 단순화를 유지하면서 복합구조물의 제작에 대한 공정기술의 개발이 요구되는 시점이다.
KR 10-1385976 B1
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 위상 마스크를 이용하여 마이크로 패턴의 상부에 선택적으로 나노 노광을 적용하는 마이크로-나노 복합 패턴을 갖는 데코 필름 및 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 데코 필름의 표면에 마이크로 미터 크기의 패턴으로 형성된 제1층; 및 상기 제1층의 표면에 나노 미터 크기의 패턴으로 형성된 제2층;을 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 한다.
바람직하게는, 상기 제2층은 마이크로 패턴 상단에 하나 이상의 서로 다른 나노 미터 크기의 패턴이 구분 형성되는 것으로 한다.
또한, 본 발명은 마이크로 패턴용 제1 니켈 기판 제작을 위한 제1 포토 마스크를 제작하는 제1-1단계; 노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제1 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 마이크로 미터 크기를 갖는 제1 감광제 패턴을 구현하는 제1-2단계; 상기 제1 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 마스터 패턴 금형을 구현하고, 상기 마스터 패턴 금형을 통해 제1 니켈 기판을 제작하는 제1-3단계; 나노 패턴용 위상 마스크 제작을 위한 제2 포토 마스크를 제작하는 제1-4단계; 노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제2 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제2 감광제 패턴을 구현하는 제1-5단계; 상기 제2 감광제 패턴 위에 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 도포한 후 열 또는 자외선 경화시켜 위상 마스크를 제작하는 제1-6단계; 상기 제1 니켈 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 위상 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제3 감광제 패턴을 구현하는 제1-7단계; 상기 제3 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 제2 니켈 기판을 제작하는 제1-8단계; 및 상기 제2 니켈 기판을 통해 복합 패턴 데코 필름을 제작하는 제1-9단계;로 이루어지는 것을 발명의 요지로 한다.
바람직하게는, 상기 제1-2단계는, 감광제의 두께가 1 내지 10μm 범위에 속하는 것으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1-5단계 및 상기 제1-7단계는, 감광제의 두께가 0.5 내지 5μm 범위에 속하는 것으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1-6단계는, 상기 제2 감광제 패턴 위에 도포한 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 열경화 시킬 경우, 온도가 40 내지 100℃ 범위 내인 것, 자외선 경화 시킬 경우, 광조사량이 100 내지 2000 mJ/cm2으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1-4단계 내지 상기 제1-8단계를 반복 수행하여 둘 이상의 나노 미터 크기의 패턴이 구분 형성되는 것으로 한다.
또한, 본 발명은, 나노 패턴용 제1 위상 마스크 제작을 위한 제1 포토 마스크를 제작하는 제2-1단계; 노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제1 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제1 감광제 패턴을 구현하는 제2-2단계; 상기 제1 감광제 패턴 위에 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 도포한 후 열 또는 자외선 경화시켜 제1 위상 마스크를 제작하는 제2-3단계; 노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제1 위상 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제2 감광제 패턴을 구현하는 제2-4단계; 상기 제2 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 제1 니켈 기판을 제작하는 제2-5단계; 마이크로 패턴용 제2 니켈 기판 제작을 위한 제2 포토 마스크를 제작하는 제2-6단계; 노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제2 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 마이크로 미터 크기를 갖는 제3 감광제 패턴을 구현하는 제2-7단계; 상기 제3 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 마스터 패턴 금형을 구현하고, 상기 마스터 패턴 금형을 통해 제2 니켈 기판을 제작하는 제2-8단계; 및 상기 제2 니켈 기판을 통해 복합 패턴 데코 필름을 제작하는 제2-9단계;로 이루어지는 것을 기술적 요지로 한다.
바람직하게는, 상기 제2-2단계 및 상기 제2-4단계는, 감광제의 두께가 0.5 내지 5μm 범위에 속하는 것으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2-7단계는, 감광제의 두께가 1 내지 50μm 범위에 속하는 것으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2-3단계는, 상기 제1 감광제 패턴 위에 도포한 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 열경화 시킬 경우, 온도가 40 내지 100℃ 범위 내인 것, 자외선 경화 시킬 경우, 광조사량이 100 내지 2000 mJ/cm2으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2-1단계 내지 상기 제2-5단계를 반복 수행하여 둘 이상의 나노 미터 크기의 패턴이 구분 형성되는 것으로 한다.
상기 과제의 해결수단에 의한 본 발명은, 마이크로 패턴의 상부에만 선택적으로 자외선 기반 나노 노광 공정을 적용하여 나노 패턴을 형성하므로 마이크로 패턴과 나노 패턴 사이의 경계부가 없이 대면적 패턴을 자유롭게 구현이 가능한 이점이 있다.
또한, 단순한 잉크의 색차에 의한 영역 구분을 유발하는 인쇄공정이 아닌 마이크로-나노 복합 패턴을 이용함으로써 광학적인 색차에 의한 영역 구분이 가능하므로, 보다 입체적이고 이중적인 시각적 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법의 순서도.
도 2 내지 도 10은 도 1의 제1단계 내지 제9단계를 나타내는 도면.
도 11은 도 1의 제1단계 내지 제9단계를 나타내는 도면.
도 12는 마이크로 패턴 상에 서로 다른 두 가지 나노 패턴이 구현된 예시를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법의 순서도.
도 14 내지 도 22는 도 13의 제1단계 내지 제9단계를 나타내는 도면.
도 23은 도 13의 제1단계 내지 제9단계를 나타내는 도면.
도 24는 마이크로 패턴 및 서로 다른 두 가지 나노 패턴이 구현된 데코 필름의 예시를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름은 마이크로 미터 크기의 패턴으로 형성되는 제1층 및 제1층의 표면에 나노 미터 크기의 패턴으로 형성되는 제2층을 포함하여 구성된다. 여기서 제2층은 서로 다른 나노 패턴이 형성될 수도 있다. 이러한 데코 필름은 나노-마이크로 복합 패턴을 구비함으로써, 입체 패턴을 갖게 된다.
복합 패턴을 구비한 데코 필름을 형성하기 위해서는 주로 자외선 노광 공정이 이용되며, 자외선 노광 공정을 위해 사용되는 감광제(Resist)로는 양성 감광제(Positive Resist)와 음성 감광제(Negative Resist)가 있으나 이하 설명에서는 양성 감광제를 사용하는 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 제1 포토 마스크 제작(S11), 제1 감광제 패턴 구현(S12), 제1 니켈 기판 제작(S13), 제2 포토 마스크 제작(S14), 제2 감광제 패턴 구현(S15), 위상 마스크 제작(S16), 제3 감광제 패턴 구현(S17), 제2 니켈 기판 제작(S18), 복합 패턴 데코 필름 제작(S19)의 단계를 거쳐 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름을 제작함을 알 수 있다.
도 2 내지 도 9는 각각 도 1의 각 단계를 설명하는 도면이다. 이러한 제작 방법을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 제1-1단계(S11)는 제1 포토 마스크(10)를 제작하는 단계이다.
도 2는 도 1의 제1-1단계(S11)를 나타내는 도면이다. 제1 포토 마스크(10)는 마이크로 패턴을 구현하기 위한 포토 마스크로서, 유리기판 또는 석영 위에 크롬으로 패턴을 성형한 것이며, 일반적으로 사용되는 크롬 마스크로 제작하는 것이 바람직하다.
제1 포토 마스크(10)의 패턴은 차후 제작될 마이크로 패턴을 반영하여 결정되도록 한다.
본 발명의 제1-2단계(S12)는 제1 감광제 패턴(20)을 구현하는 단계이다.
도 3은 도 1의 제1-2단계(S12)를 나타내는 도면이다. 제1 감광제 패턴(20)은 마이크로 패턴의 금형 제작을 위한 감광제 패턴으로서, 일정한 두께의 감광제가 도포된 노광용 기판에 제1 포토 마스크(10)를 위치시켜 자외선을 조사하고, 현상 공정을 거쳐 마이크로 미터 크기를 갖는 제1 감광제 패턴(20)을 구현한다.
기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
한편, 여기서 감광제의 두께는 1 내지 10μm 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 1μm보다 얕으면 마이크로 패턴이 너무 얇게 형성되어 흐리게 나타날 수 있고, 감광제의 두께가 10μm보다 두꺼우면 이후에 수행되는 나노 패턴 노광 공정의 작업성이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명의 제1-3단계(S13)는 제1 니켈 기판(30)을 제작하는 단계이다.
도 4는 도 1의 제1-3단계(S13)를 나타내는 도면이다. 제1 니켈 기판(30)은 마이크로 패턴을 갖는 금형으로서, 제1 감광제 패턴(20) 위에 금속층을 성장시켜 금속 기판을 제작한다. 여기서 사용되는 금속은 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있으며, 전주도금 공정을 이용하여 제작되는 금속 기판은 제1 감광제 패턴(20)과 음압이 서로 반대로 구현된 제1 니켈 기판(30)이 된다.
한편, 감광제층이 과도하게 넓으면 도금이 어려울 수 있으므로 마스터 패턴(25)을 이용하여 제1 니켈 기판(30)을 제작할 수도 있다. 이를테면, 제1 감광제 패턴(20) 위에 금속층을 성장시켜 전주공정 과정을 통해 마스터 패턴(25)을 제작하고, 마스터 패턴(25) 위에 금속층을 성장시켜 전주공정 과정을 통해 제1 니켈 기판(30)을 제작하는 것이다. 마스터 패턴(25) 제작에 사용되는 금속 역시 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진다. 이러한 방식으로 제작되는 제1 니켈 기판(30)은 제1 감광제 패턴(20)과 동일한 패턴이 구현된다.
본 발명의 제1-4단계(S14)는 제2 포토 마스크를 제작하는 단계이다.
도 5는 도 1의 제1-4단계(S14)를 나타내는 도면이다. 제2 포토 마스크(40)는 나노 패턴을 구현하기 위한 포토 마스크로서, 제1 포토 마스크(10)와 동일하게 크롬 마스크로 제작하는 것이 바람직하다.
제2 포토 마스크(40)의 패턴은 차후 제작될 나노 패턴을 구현할 위상 마스크(60)의 패턴을 반영하여 결정되도록 한다.
본 발명의 제1-5단계(S15)는 제2 감광제 패턴(50)을 구현하는 단계이다.
도 6은 도 1의 제1-5단계(S15)를 나타내는 도면이다. 제2 감광제 패턴(50)은 나노 패턴의 금형 제작을 위한 감광제 패턴으로서, 일정한 두께의 감광제가 도포된 노광용 기판에 제2 포토 마스크(40)를 위치시켜 자외선을 조사하고, 현상 공정을 거쳐 나노 미터 크기를 갖는 제2 감광제 패턴(50)을 구현한다.
제1-2단계(S12)와 마찬가지로 기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
여기서 감광제의 두께는 0.5 내지 5μm 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 0.5μm보다 얕으면 후술할 위상 마스크가 얇게 형성되어 나노 패턴이 나타나기 어렵고, 감광제의 두께가 5μm보다 두꺼우면 노광이 잘 수행되지 않아 작업성이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명의 제1-6단계(S16)는 위상 마스크(60)를 제작하는 단계이다.
도 7은 도 1의 제1-6단계(S16)를 나타내는 도면이다. 위상 마스크(60)는 나노 노광 공정 시 사용하기 위한 포토 마스크로서, 제2 감광제 패턴(50) 위에 투명한 액상의 고분자를 붓고, 열 또는 자외선 경화시킨다. 이때, 열경화 시킬 경우, 온도가 40 내지 100℃ 범위 내인 것, 자외선 경화 시킬 경우, 광조사량이 100 내지 2000 mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 열경화 온도가 40℃보다 낮거나 자외선 조사량이 100 mJ/cm2 보다 낮으면 경화가 잘 일어나지 않는 문제점이 있고, 열경화 온도가 100℃보다 높거나 자외선 경화 온도가 2000 mJ/cm2 보다 높으면 과도한 수축이 발생하므로 위상 마스크(60)의 패턴이 원하는 형상으로 나오지 않는 문제점이 있다.
여기서 사용되는 고분자로는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 또는 Polyurethane이 주로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 열 또는 자외선 경화가 가능하고 패턴성형에 적합한 모든 재료를 적용할 수 있다.
고분자 열 또는 자외선 경화 공정이 완료되면 제2 감광제 패턴(50)을 위상 마스크(60)로부터 분리해낸다.
본 발명의 제1-7단계(S17)는 제3 감광제 패턴을 구현하는 단계이다.
도 8은 도 1의 제1-7단계(S17)를 나타내는 도면이다. 제3 감광제 패턴(70)은 마이크로-나노 복합 패턴이 구현된 감광제 패턴으로서, 앞서 제작한 제1 니켈 기판(30)에 일정한 두께의 감광제를 도포한 후, 위상 마스크(60)를 위치시키고, 자외선을 조사하여 현상 공정을 거치는 나노 노광 공정을 수행하여 구현한다.
제1-2단계(S12) 및 제1-5단계(S15)와 마찬가지로 기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
여기서 감광제의 두께는 0.5 내지 5μm 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 0.5μm보다 얕으면 나노 패턴이 너무 얇게 형성되어 흐리게 나타날 수 있고, 감광제의 두께가 5μm보다 두꺼우면 노광이 잘 수행되지 않아 작업성이 나빠지는 문제점이 있다.
한편, 포토 마스크에 형성된 패턴의 음각과 양각이 반대되는 형상으로 노광 기판에 패턴이 형성되는 크롬 마스크를 이용한 마이크로 노광 공정과는 달리, 위상 마스크를 이용한 나노 노광 공정에서는 포토 마스크의 양각 패턴과 음각 패턴의 경계부분에 패턴이 형성된다.
따라서 제1 니켈 기판(30)에 형성되는 제3 감광제 패턴(70)은 앞서 제작한 위상 마스크(60)에 형성된 음각 패턴과 양각 패턴의 경계부의 위치에 나노 패턴이 형성되는 것이다.
이때, 제1 니켈 기판(30)에 감광제를 일정한 두께로 도포하였기 때문에 제1 니켈 기판(30)의 양각 패턴(61)에 도포된 감광제와 음각 패턴(62)에 도포된 감광제는 두께가 다르게 된다. 제1 니켈 기판(30)의 음각 패턴(62)에는 감광제가 두껍게 도포되어 나노 노광 공정 시 조사하는 자외선이 감광제를 투과하는 도중에 확산되어 나노 패턴이 형성되지 않는다. 이 때 감광제의 도포 두께가 너무 두꺼울 경우, 자외선이 감광제를 통과하지 못하게 되어 현상 공정을 거쳐도 제거되지 않는 문제점이 있다. 반면, 제1 니켈 기판(30)의 양각 패턴(61)에는 자외선이 일정한 방향성을 유지하면서 통과할 수 있을 만큼의 두께로 도포되므로 나노 패턴이 형성될 수 있다.
그러므로 마이크로 패턴이 구현된 제1 니켈 기판(30)의 양각 패턴(62)에만 나노 패턴이 형성되어 제3 감광제 패턴(70)이 구현된다. 이러한 방식으로 마이크로 패턴의 상부에만 선택적으로 나노 노광 공정을 적용하여 나노 패턴을 구현할 수 있는 것이다.
본 발명의 제1-8단계(S18)는 제2 니켈 기판(80)을 구현하는 단계이다.
도 9는 도 1의 제1-8단계(S18)를 나타내는 도면이다. 제2 니켈 기판(80)은 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 금형으로서, 제3 감광제 패턴(70) 위에 금속층을 성장시켜 금속 기판을 제작한다. 여기서 사용되는 금속은 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있으며, 전주도금 공정을 이용하여 제작되는 금속 기판은 제2 니켈 기판(80)이 된다.
본 발명의 제1-9단계(S19)는 복합 패턴 데코 필름(90)을 제작하는 단계이다.
도 10은 도 1의 제1-9단계(S19)를 나타내는 도면이다. 제2 니켈 기판(80)위에 액상의 고분자를 부은 후, 투명한 기판 필름을 덮고, 자외선 또는 열경화 과정을 거쳐 제2 니켈 기판(80)부터 분리시키면 나노-마이크로 복합 패턴이 형성된 데코 필름(90)이 완성된다. 여기서, 투명한 기판 필름은 PET 필름으로 되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 자외선 또는 열경화가 가능하고 패턴필름 성형에 적합한 모든 재료를 적용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1-1단계(S11) 내지 제1-9단계(S19)를 전체적으로 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 본 발명은 노광용 기판에 마이크로 패턴을 구현한 후, 마이크로 패턴 상면에 위상 마스크를 이용하여 나노 패턴을 구현하는 것임을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 제1-8단계(S18)를 수행한 후 제1-9단계(S19)를 수행하기 전, 제1-4단계(S14) 내지 1-8(S18)단계를 반복 수행함으로써 마이크로 패턴의 표면에 둘 이상의 서로 다른 나노 패턴을 구현할 수도 있다. 여기서, 서로 다른 나노 패턴은 패턴의 모양(예를 들어, 선, 도트, 스핀 등), 패턴의 방향(예를 들어, 가로, 세로, 대각선 등), 패턴 선폭의 굵기(예를 들어, 굵은선, 가는선 등)와 같은 패턴의 형태가 각각 다르게 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제1-4단계(S14) 내지 1-8(S18)단계를 한 번 반복 수행한 후 얻어진 데코필름이다. 도 12를 참조하면, 서로 다른 나노 패턴(210, 220)이 서로 다른 마이크로 패턴(200)의 상면에 구현된 것임을 알 수 있다. 이처럼 필요에 따라 여러 가지 나노 패턴을 구현할 수 있는 것이다.
제2실시예
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법의 순서도이다. 도 13을 참조하면, 제1 포토 마스크 제작(S21), 제1 감광제 패턴 구현(S22), 위상 마스크 제작(S23), 제2 감광제 패턴 구현(S24), 제1 니켈 기판 제작(S25), 제2 포토 마스크 제작(S26), 제3 감광제 패턴 구현(S27), 제2 니켈 기판 제작(S28) 및 복합 패턴 데코 필름 제작(S29)의 단계를 거쳐 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름을 제작함을 알 수 있다.
도 14 내지 도 22는 각각 도 13의 각 단계를 설명하는 도면이다. 이러한 제작 방법을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 제2-1단계(S21)는 제1 포토 마스크(110)를 제작하는 단계이다.
도 14는 도 13의 제2-1단계(S21)를 나타내는 도면이다. 제1 포토 마스크(110)는 나노 패턴을 구현하기 위한 포토 마스크로서, 유리기판 또는 석영 위에 크롬으로 패턴을 성형한 것이며, 일반적으로 사용되는 크롬 마스크로 제작하는 것이 바람직하다.
제1 포토 마스크(110)의 패턴은 차후 제작될 나노 패턴을 반영하여 결정되도록 한다.
본 발명의 제2-2단계(S22)는 제1 감광제 패턴(120)을 구현하는 단계이다.
도 15는 도 13의 제2-2단계(S22)를 나타내는 도면이다. 제1 감광제 패턴(120)은 나노 패턴의 금형 제작을 위한 감광제 패턴으로서, 일정한 두께의 감광제가 도포된 노광용 기판에 제1 포토 마스크(110)를 위치시켜 자외선을 조사하고, 현상 공정을 거쳐 나노 미터 크기를 갖는 제1 감광제 패턴(120)을 구현한다.
제1실시예와 마찬가지로 기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
여기서 감광제의 두께는 0.5 내지 5μm 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 0.5μm보다 얕으면 후술할 위상 마스크가 얇게 형성되어 나노 패턴이 나타나기 어렵고, 감광제의 두께가 5μm보다 두꺼우면 노광이 잘 수행되지 않아 작업성이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명의 제2-3단계(S23)는 위상 마스크(130)를 제작하는 단계이다.
도 16은 도 13의 제2-3단계(S23)를 나타내는 도면이다. 위상 마스크(130)는 나노 노광 공정 시 사용하기 위한 포토 마스크로서, 제1 감광제 패턴(120) 위에 투명한 액상의 고분자를 붓고, 열 또는 자외선 경화시킨다. 이때, 열경화 시킬 경우, 온도가 40 내지 100℃ 범위 내인 것, 자외선 경화 시킬 경우, 광조사량이 100 내지 2000 mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 열경화 온도가 40℃보다 낮거나 자외선 조사량이 100 mJ/cm2 보다 낮으면 경화가 잘 일어나지 않는 문제점이 있고, 열경화 온도가 100℃보다 높거나 자외선 경화 온도가 2000 mJ/cm2 보다 높으면 과도한 수축이 발생하므로 위상 마스크(130)의 패턴이 원하는 형상으로 나오지 않는 문제점이 있다.
여기서 사용되는 고분자로는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 또는 Polyurethane이 주로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 열 또는 자외선 경화가 가능하고 패턴성형에 적합한 모든 재료를 적용할 수 있다.
고분자 열 또는 자외선 경화 공정이 완료되면 제1 감광제 패턴(120)을 위상 마스크(130)로부터 분리해낸다.
본 발명의 제2-4단계(S24)는 제2 감광제 패턴을 구현하는 단계이다.
도 17은 도 13의 제2-4단계(S24)를 나타내는 도면이다. 제2 감광제 패턴(140)은 나노 패턴의 금형 제작을 위한 감광제 패턴으로서, 일정한 두께의 감광제가 도포된 노광용 기판에 위상 마스크(130)를 위치시키고, 자외선을 조사하여 현상 공정을 거치는 나노 노광 공정을 수행하여 구현한다.
제1실시예와 마찬가지로 기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
여기서 감광제의 두께는 0.5 내지 5μm 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 0.5μm보다 얕으면 나노 패턴이 너무 얇게 형성되어 흐리게 나타날 수 있고, 감광제의 두께가 5μm보다 두꺼우면 노광이 잘 수행되지 않아 작업성이 나빠지는 문제점이 있다.
한편, 포토 마스크에 형성된 패턴의 음각과 양각이 반대되는 형상으로 노광 기판에 패턴이 형성되는 크롬 마스크를 이용한 마이크로 노광 공정과는 달리, 위상 마스크를 이용한 나노 노광 공정에서는 포토 마스크의 양각 패턴과 음각 패턴의 경계부분에 패턴이 형성된다.
본 발명의 제2-5단계(S25)는 제1 니켈 기판(150)을 구현하는 단계이다.
도 18은 도 13의 제2-5단계(S25)를 나타내는 도면이다. 제1 니켈 기판(150)은 나노 패턴을 갖는 금형으로서, 제2 감광제 패턴(140) 위에 금속층을 성장시켜 금속 기판을 제작한다. 여기서 사용되는 금속은 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있으며, 전주도금 공정을 이용하여 제작되는 금속 기판은 제1 니켈 기판(150)이 된다.
본 발명의 제2-6단계(S26)는 제2 포토 마스크(160)를 제작하는 단계이다.
도 19는 도 13의 제2-6단계(S26)를 나타내는 도면이다. 제2 포토 마스크(160)는 마이크로 패턴을 구현하기 위한 포토 마스크로서, 유리기판 또는 석영 위에 크롬으로 패턴을 성형한 것이며, 일반적으로 사용되는 크롬 마스크로 제작하는 것이 바람직하다.
제2 포토 마스크(160)의 패턴은 차후 제작될 마이크로 패턴을 반영하여 결정되도록 한다.
본 발명의 제2-7단계(S27)는 제3 감광제 패턴을 구현하는 단계이다.
도 20은 도 13의 제2-7단계(S27)를 나타내는 도면이다. 제3 감광제 패턴(170)은 마이크로-나노 복합 패턴이 구현된 감광제 패턴으로서, 앞서 제작한 제1 니켈 기판(150)에 일정한 두께의 감광제를 도포한 후, 제2 포토 마스크(160)를 위치시키고, 자외선을 조사하여 현상 공정을 거치는 마이크로 노광 공정을 수행하여 구현한다.
제1실시예와 마찬가지로 기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
여기서 감광제의 두께는 1 내지 50μm 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 1μm보다 얕으면 마이크로 패턴이 너무 얇게 형성되어 흐리게 나타날 수 있고, 감광제의 두께가 50μm보다 두꺼우면 노광이 잘 수행되지 않아 작업성이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명의 제2-8단계(S28)는 제2 니켈 기판(180)을 구현하는 단계이다.
도 21은 도 13의 제2-8단계(S28)를 나타내는 도면이다. 제2 니켈 기판(180)은 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 금형으로서, 제3 감광제 패턴(170) 위에 금속층을 성장시켜 금속 기판을 제작한다. 여기서 사용되는 금속은 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있으며, 전주도금 공정을 이용하여 제작되는 금속 기판은 제2 니켈 기판(180)이 된다.
한편, 감광제층이 과도하게 넓으면 도금이 어려울 수 있으므로 마스터 패턴(175)을 이용하여 제2 니켈 기판(180)을 제작할 수도 있다. 이를테면, 제3 감광제 패턴(170) 위에 금속층을 성장시켜 전주공정 과정을 통해 마스터 패턴(175)을 제작하고, 마스터 패턴(175) 위에 금속층을 성장시켜 전주공정 과정을 통해 제2 니켈 기판(180)을 제작하는 것이다. 마스터 패턴(175) 제작에 사용되는 금속 역시 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진다.
본 발명의 제2-9단계(S29)는 복합 패턴 데코 필름(190)을 제작하는 단계이다.
도 22는 도 13의 제2-9단계(S29)를 나타내는 도면이다. 제2 니켈 기판(180)위에 액상의 고분자를 부은 후, 투명한 기판 필름을 덮고, 자외선 또는 열경화 과정을 거쳐 제2 니켈 기판(180)부터 분리시키면 나노-마이크로 복합 패턴이 형성된 데코 필름(190)이 완성된다. 여기서, 투명한 기판 필름은 PET 필름으로 되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 자외선 또는 열경화가 가능하고 패턴필름 성형에 적합한 모든 재료를 적용할 수 있다.
도 23은 본 발명의 제2-1단계(S21) 내지 제2-9단계(S29)를 전체적으로 나타낸 도면이다. 도 23을 참조하면, 본 발명은 노광용 기판에 위상 마스크를 이용하여 나노 패턴을 구현한 후, 나노 패턴 부근에 마이크로 패턴을 구현함으로써 마이크로 패턴의 상면에 나노 패턴을 구현한 효과를 얻을 수 있는 것임을 알 수 있다.
한편, 본 실시예의 제2-5단계(S25)를 수행한 후 제2-6단계(S26)를 수행하기 전, 제2-1단계(S21) 내지 제2-5(S25)단계를 반복 수행함으로써 마이크로 패턴의 표면에 둘 이상의 서로 다른 나노 패턴을 구현할 수도 있다. 나노 패턴용 위상 마스크의 패턴 형태 및 자외선 기반 나노 노광 공정의 조건 변화를 통해 먼저 구현된 나노 패턴과는 차별화된 나노 패턴을 구현할 수 있는 것이다.
여기서, 서로 다른 나노 패턴은 패턴의 모양(예를 들어, 선, 도트, 스핀 등), 패턴의 방향(예를 들어, 가로, 세로, 대각선 등), 패턴 선폭의 굵기(예를 들어, 굵은선, 가는선 등)와 같은 패턴의 형태가 각각 다르게 구현될 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 실시예를 이용하여 구현한 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름의 예시를 나타낸다. 이와 같이, 상술한 방법으로 제작되는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름은 마이크로 패턴의 상부에만 선택적으로 자외선 기반 나노 노광 공정을 적용하여 나노 패턴을 형성하므로 마이크로 패턴과 나노 패턴 사이의 경계부가 없이 대면적 패턴을 자유롭게 구현이 가능한 이점이 있다.
또한, 서로 다른 나노 패턴을 구현할 수 있으므로 다양한 패턴의 구현이 가능하여 전자제품의 외관 등에 부착되었을 때 장식적인 미를 더할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.
본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 110: 제1 포토 마스크 20, 120: 제1 감광제 패턴
30, 150: 제1 니켈 기판 40, 160: 제2 포토 마스크
50, 140: 제2 감광제 패턴 60, 130: 위상 마스크
70, 170: 제3 감광제 패턴 80, 180: 제2 니켈 기판
90, 190: 복합 패턴 데코 필름

Claims (14)

  1. 데코 필름의 표면에 마이크로 미터 크기의 패턴으로 형성된 제1층; 및
    상기 제1층의 표면에 나노 미터 크기의 패턴으로 형성된 제2층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 마이크로 패턴 상단에 하나 이상의 서로 다른 나노 미터 크기의 패턴이 구분 형성되는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름.
  3. 마이크로 패턴용 제1 니켈 기판 제작을 위한 제1 포토 마스크를 제작하는 제1-1단계;
    노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제1 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 마이크로 미터 크기를 갖는 제1 감광제 패턴을 구현하는 제1-2단계;
    상기 제1 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 마스터 패턴 금형을 구현하고, 상기 마스터 패턴 금형을 통해 제1 니켈 기판을 제작하는 제1-3단계;
    나노 패턴용 위상 마스크 제작을 위한 제2 포토 마스크를 제작하는 제1-4단계;
    노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제2 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제2 감광제 패턴을 구현하는 제1-5단계;
    상기 제2 감광제 패턴 위에 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 도포한 후 열 또는 자외선 경화시켜 위상 마스크를 제작하는 제1-6단계;
    상기 제1 니켈 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 위상 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제3 감광제 패턴을 구현하는 제1-7단계;
    상기 제3 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 제2 니켈 기판을 제작하는 제1-8단계; 및
    상기 제2 니켈 기판을 통해 복합 패턴 데코 필름을 제작하는 제1-9단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1-2단계는,
    감광제의 두께가 1 내지 10μm 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1-5단계 및 상기 제1-7단계는,
    감광제의 두께가 0.5 내지 5μm 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1-6단계는,
    상기 제2 감광제 패턴 위에 도포한 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 열경화 시킬 경우, 온도가 40 내지 100℃ 범위 내인 것, 자외선 경화 시킬 경우, 광조사량이 100 내지 2000 mJ/cm2 범위 내인 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1-4단계 내지 상기 제1-8단계를 반복 수행하여 둘 이상의 나노 미터 크기의 패턴이 구분 형성되는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 하나의 방법으로 제작되는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름.
  9. 나노 패턴용 제1 위상 마스크 제작을 위한 제1 포토 마스크를 제작하는 제2-1단계;
    노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제1 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제1 감광제 패턴을 구현하는 제2-2단계;
    상기 제1 감광제 패턴 위에 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 도포한 후 열 또는 자외선 경화시켜 제1 위상 마스크를 제작하는 제2-3단계;
    노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제1 위상 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 나노 미터 크기를 갖는 제2 감광제 패턴을 구현하는 제2-4단계;
    상기 제2 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 제1 니켈 기판을 제작하는 제2-5단계;
    마이크로 패턴용 제2 니켈 기판 제작을 위한 제2 포토 마스크를 제작하는 제2-6단계;
    노광용 기판에 감광제 도포 후 상단에 상기 제2 포토 마스크를 위치시키고, 노광 공정을 이용해 마이크로 미터 크기를 갖는 제3 감광제 패턴을 구현하는 제2-7단계;
    상기 제3 감광제 패턴 위에 전주도금 공정을 이용해 마스터 패턴 금형을 구현하고, 상기 마스터 패턴 금형을 통해 제2 니켈 기판을 제작하는 제2-8단계; 및
    상기 제2 니켈 기판을 통해 복합 패턴 데코 필름을 제작하는 제2-9단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2-2단계 및 상기 제2-4단계는,
    감광제의 두께가 0.5 내지 5μm 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2-7단계는,
    감광제의 두께가 1 내지 50μm 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2-3단계는,
    상기 제1 감광제 패턴 위에 도포한 위상 마스크용 투명한 고분자 액상을 열경화 시킬 경우, 온도가 40 내지 100℃ 범위 내인 것, 자외선 경화 시킬 경우, 광조사량이 100 내지 2000 mJ/cm2 범위 내인 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2-1단계 내지 상기 제2-5단계를 반복 수행하여 둘 이상의 나노 미터 크기의 패턴이 구분 형성되는 것을 특징으로 하는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름 제작 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 하나의 방법으로 제작되는 나노-마이크로 복합 패턴을 갖는 데코 필름.
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KR20220147403A (ko) * 2021-04-27 2022-11-03 그린산업 주식회사 미세 패턴을 갖는 데코필름 제작 방법 및 데코필름 제작용 소프트 몰드 제작 장치

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