KR20210043124A - 소프트몰드 공정 후처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 임프린팅 공정을 진행한 후 소프트몰드의 열처리를 통해 소프트몰드 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 용이하게 제거하여 상기 소프트몰드의 표면 상태를 소수성 상태로 유지해줄 수 있으며, 이에 따라 상기 소프트몰드를 재사용할 수 있도록 한 소프트몰드 공정 후처리 방법에 관한 것이다.

Description

소프트몰드 공정 후처리 방법{POST-TREATMENT METHOD OF SOFT MOLD}

본 발명은 나노 임프린팅 공정을 거친 소프트몰드를 재사용할 수 있는 소프트몰드 공정 후처리 방법에 관한 것이다.

최근 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality) 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)을 구현하는 디스플레이 유닛에 관심이 커지고 있으며, 이를 구현하기 위한 디스플레이 유닛에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

증강현실, 혼합현실, 또는 가상현실을 구현하는 디스플레이 유닛은 광의 파동적 성질에 기초한 회절 현상을 이용한 회절 도광판을 포함한다.

이 경우 상기 회절 도광판은 기본적으로, 광을 회절시킬 수 있는 격자 형태의 나노 패턴, 즉 Red, Green, Blue 색상을 구현하는 나노 패턴이 각각 일면에 형성된 3개의 기재를 포함하고 있다.

아울러 상기 회절 도광판은 기재에 소프트몰드를 이용하여 나노패턴을 전사하는 방식으로 제조하게 되는데, 나노패턴을 전사하기 위한 방법으로 플레이트 투 플레이트(Plate to plate) 방식, 또는 롤 투 플레이트(Roll to plate) 방식의 나노 임프린팅 장치를 이용할 수 있다.

이러한 나노 임프린팅 장치는 기재의 상면에 소프트몰드의 일면에 형성된 패턴이 면 접촉된 후 가압하는 방식으로 상기 기재 상면에 해당 나노패턴을 전사형성해주게 된다.

이 경우 상기 소프트몰드는 폴리우레탄아크릴레이트(PUA, Poly Urethane Acrylate) 재질로 형성될 수 있으며, 기재와 면접되는 소프트몰드의 표면은 소수성 물질인 optool dsx가 이형 코팅되어 있다.

그러나 상기와 같은 소프트몰드 표면의 이형코팅층은 임프린팅 공정을 진행하고 난 후 특성에 변화가 생길 수 있으며, 이에 따라 한 번 사용된 소프트몰드를 재사용하는 것이 어렵다.

이 경우 상기 나노 임프린팅 장치를 통한 제품의 생산 시 양산성을 검토함에 있어 상기 소프트몰드의 일회성은 높은 비용이 소요될 수 있으며, 이에 따라 생산성이 떨어지게 되는 등 비효율적인 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0028133호(공개일: 2008.03.31)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 나노 임프린팅 공정을 진행한 후 소프트몰드의 열처리를 통해 소프트몰드 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 용이하게 제거하여 상기 소프트몰드의 표면 상태를 소수성 상태로 유지해줄 수 있으며, 이에 따라 상기 소프트몰드를 재사용할 수 있도록 한 소프트몰드 공정 후처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 소프트몰드 공정 후처리 방법은, 로딩된 기재 상에 소프트몰드의 패턴을 면접시킨 상태에서 상기 소프트몰드를 기재측을 향해 가압하여 상기 소프트몰드의 패턴을 상기 기재 상에 전사해주는 나노 임프린팅 공정을 실시하고 난 후, 상기 소프트몰드를 후처리 하기 위한 방법에 있어서, 상기 나노 임프린팅 공정을 실시하고 난 후 상기 소프트몰드를 재사용할 수 있도록 상기 소프트몰드 패턴 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 제거하는 열처리 공정을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

이 경우 상기 열처리 공정은, 상기 소프트몰드를 오븐 내에 투입하여 실시할 수 있다.

또한 상기 열처리 공정은, 상기 소프트몰드의 패턴 표면이 소수성 상태를 유지할 수 있도록 실시할 수 있다.

또한 상기 열처리 공정은, 80 ~ 120℃에서 10 ~ 30분 동안 실시할 수 있다.

또한 상기 열처리 공정을 실시한 후, 상기 소프트몰드 패턴 표면의 접촉각과 표면에너지(mJ/㎡)를 측정하여 상기 소프트몰드의 재사용 가능 여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 나노 임프린팅 공정을 진행한 후 소프트몰드의 열처리 과정을 통해 소프트몰드 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 용이하게 제거할 수 있으며, 이에 따라 상기 소프트몰드의 표면 상태를 소수성 상태로 유지해줌으로써 재사용이 가능하도록 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 소프트몰드에 의해 패턴이 전사되는 기재를 보여주는 개략적인 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 임프린팅 공정을 실시하고 난 후의 소프트몰드를 보여주는 개략적인 측면도,
도 3은 도 2의 'A' 부분 상세도,
도 4는 본 발명에 따른 소프트몰드를 열처리하기 전, 후의 접촉각 및 표면에너지 수치를 보여주는 비교표,
도 5는 본 발명에 따른 소프트몰드의 표면에너지를 계산하는 과정을 보여주는 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 재사용 가능 횟수를 비교한 결과를 보여주는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 소프트몰드에 의해 패턴이 전사되는 기재를 보여주는 개략적인 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 임프린팅 공정을 실시하고 난 후의 소프트몰드를 보여주는 개략적인 측면도이며, 도 3은 도 2의 'A' 부분 상세도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 소프트몰드(20)에 형성된 패턴을 상기 기재(10) 상에 전사해주는 나노 임프린팅 공정을 실시하고 난 후 상기 소프트몰드(20)를 후처리 하기 위한 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소프트몰드 공정 후처리 방법은, 나노 임프린팅 공정을 실시하고 난 후 상기 소프트몰드(20)를 재사용할 수 있도록 소프트몰드(20)의 패턴(21) 표면에 흡습되어 있는 레진 용매(30)를 제거하는 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 소프트몰드(20)를 이용한 나노 임프린팅 공정에 대하여 설명해보기로 한다. 참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린팅 공정은 플레이트 투 플레이트(Plate to plate) 방식의 임프린팅 장치를 이용한 경우의 예를 들기로 한다.

먼저, 나노 임프린팅 장치에 구비된 스테이지(미도시) 상에 패턴 전사 대상 기재(10)를 로딩시켜준다.

그런 후, 상기 로딩된 기재(10) 상면에 소프트몰드(20)의 일면에 형성된 패턴(21)을 면접시킨 후, 가압부(미도시)를 통해 상기 소프트몰드(20)를 기재(10)를 향해 가압해준다. 이에 따라 상기 소프트몰드(20)에 형성된 패턴(21)을 기재(10) 상에 전사해줄 수 있다.

상기 소프트몰드(20)을 통해 패턴 전사가 이루어지게 되는 기재(10)의 적층 구조에 대하여 살펴보면, 상기 기재(10)는 유리 또는 합성수지 재질로 형성되는 베이스층(11)과, 상기 베이스층(11)의 상부에 도포되는 레진층(고굴절 레진)(13)을 포함할 수 있다(도 1 참조).

이 경우 상기 레진층(13)은 그 상부에 패턴(13a)이 전사 형성될 수 있도록 다소 끈적거리며 점성이 있는 상태일 수 있다. 또한 상기 레진층(13)에는 UV경화를 위한 첨가제가 소정 비율 포함될 수 있다.

따라서 상기 가압부를 통해 소프트몰드(20)를 레진층(13) 상면에 패턴 전사공정을 수행하고 난 후, 자외선 경화부(미도시)를 통해 레진층(13)을 경화시켜줌으로써 상기 레진층(13)에 형성된 해당 패턴(13a)을 용이하게 보호해줄 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기와 같은 나노 임프린팅 공정을 수행하고 난 후에는 소프트몰드(20)의 패턴(21) 내부에 레진 용매(30)가 잔류할 수 있다. 이에 따라 상기 소프트몰드(20)의 패턴 표면이 소수성 상태를 유지할 수 있도록 상기 소프트몰드(20)의 패턴(21) 표면에 흡습되어 있는 레진 용매(30)를 제거하는 열처리 공정을 실시할 수 있다.

이 경우 상기 소프트몰드의 열처리 공정은 소프트몰드(20)를 오븐(미도시) 내에 투입하여 실시할 수 있다.

구체적으로, 상기 열처리 공정의 온도 조건은 80 ~ 120℃, 바람직하게는 100℃일 수 있으며, 열처리 공정 시간은 10 ~ 30분, 바람직하게는 20분 동안 실시할 수 있다.

즉 상기 열처리 공정 온도가 80℃ 미만인 경우 열처리 온도가 너무 낮음에 따라 상기 소프트몰드(20)의 패턴 표면에 흡습된 레진 용매를 제거하는 것이 어려울 수 있다.

반대로, 상기 열처리 공정 온도가 120℃ 초과인 경우 열처리 온도가 너무 높음에 따라 자칫 상기 소프트몰드(20)의 패턴(21)이 손상될 수 있는 우려가 있다.

또한 상기 열처리 공정 시간이 10분 미만인 경우 열처리 공정 시간이 너무 짧음에 따라 상기 소프트몰드(20)의 패턴 표면에 흡습된 레진 용매를 충분히 제거하는 것이 어려울 수 있다.

반대로, 상기 열처리 공정 시간이 30분 초과인 경우 열처리 공정 시간이 필요 이상으로 길어질 수 있으며, 이에 따라 자칫 상기 소프트몰드(20)의 패턴(21)이 손상될 수 있는 우려가 있다.

한편, 상기와 같은 열처리 공정을 실시한 후에는 소프트몰드(20) 패턴 표면의 접촉각과 표면에너지(mJ/㎡)를 측정하여, 상기 소프트몰드(20)의 재사용 가능 여부를 판단해줄 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 임프린팅 공정 전 소프트몰드(20)의 접촉각 및 표면에너지와, 임프린팅 공정 후 소프트몰드(20)의 접촉각과 표면에너지 수치를 각각 측정하여 비교해볼 수 있다. 그리고 임프린팅 공정 후 소프트몰드(20)를 열처리(후처리)한 경우의 접촉각과 표면에너지의 수치를 측정한 후, 상기 임프린팅 공전 전, 후의 경우와 각각 비교해볼 수 있다.

상기와 같은 비교 결과, 도 4의 표에 나타난 바와 같이, 상기 소프트몰드(20)를 열처리(후처리)하고 난 후 각각의 접촉각과 표면에너지가 임프린팅 공정 전의 소프트몰드(20) 상태를 유지해줄 수 있음을 알 수 있다.

즉, 상기 소프트몰드(20)의 표면에너지 수치가 낮은 경우 상기 소프트몰드(20)의 패턴 표면이 소수성 상태를 유지할 수 있으며, 이에 따라 상기 소프트몰드(20)를 이용한 임프린팅 공정을 다시 수행하는 것이 가능할 수 있다.

이러한 소프트몰드(20)는 임트린팅 공정을 한 번 진행한 후 다시 열처리 공정을 거치는 과정을 실시하는 방식으로, 상기 소프트몰드(20)를 총 2 ~ 5회 정도 반복적으로 다시 재사용 할 수 있었다.

한편, 상기 소프트몰드(20)의 표면에너지 수치를 계산하는 방법에 대하여 아래 수학식 및 도 5를 참조하여 설명해보기로 한다.

<수학식 1>

<수학식 2>

상기 <수학식 1> 과 <수학식 2> 를 연립하면 아래 <수학식 3> 과 같다.

<수학식 3>

상기 <수학식 3> 을 그래프로 출력하면 도 5에 도시된 바와 같다.

- 소프트몰드 재질인 PUA, PFPE 필름의 표면에너지 값:

- 힘의 평형 및 표면에너지와 표면장력의 관계식을 통하여 <수학식 3> 의 함수를 출력 → 단순 선형 회귀법으로 일차함수화 시킴.

- 기울기와 Y 절편으로 극성/무극성 액체에 대한 소프트몰드의 표면에너지 값 산출할 수 있다.

- <수학식 1> 과 같이 두 개의 분율을 합쳐서 소프트몰드의 표면에너지 값을 산출할 수 있다.

- 측정 시스템의 경우 극성액체는 초순수(DI water), 무극성 액체는 요오드화메틸렌(Diiodomethane)을 이용하여 접촉각(θ) 및 액체의 표면장력(

,

) 값을 산출할 수 있다.

그러면, 이상과 같은 열처리 공정(후처리 공정)을 거친 본 발명에 따른 소프트몰드를 통해 임프린팅 공정을 반복 진행한 경우의 <실시예>와, 소프트몰드의 열처리 공정 없이 임프린팅 공정을 반복 진행한 경우의 <비교예>를 비교해보기로 한다.

< 실시예 >

임프린팅 공정에 한 번 사용된 소프트몰드를 오븐에 넣고, 100℃에서 20분 동안 열처리 공정을 수행하면서 상기 소프트몰드의 패턴 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 제거하였다.

그런 후, 상기 레진 용매를 제거한 소프트몰드를 이용하여 임프린팅 공정을 한 번 진행한 후 다시 열처리 공정을 거치는 과정을 반복적으로 수행하면서 상기 소프트몰드의 재사용 횟수 및 임프린트 상태를 확인하였다.

< 비교예 >

소프트몰드의 열처리 공정 없이 임프린팅 공정을 반복적으로 수행하면서 상기 소프트몰드의 재사용 횟수 및 임프린트 결과를 확인 하였다.

상기와 같은 <실시예>와 <비교예>의 조건으로 임프린팅 공정을 각각 수행하였다. 이 경우 상기 공정 시 임프린팅 공정 횟수별 패턴의 SEM(주사 전자 현미경) 측정을 하였다. 아울러 임프린팅 공정 횟수별 소프트몰드의 접촉각(표면에너지)을 <실시예>와 <비교예> 각각 측정하였다.

그 결과, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 임프린팅 공정 후 열처리를 실시한 <실시예>의 경우 재사용 횟수(N)가 적어도 3회 이상 가능하였으나, 임프린팅 공정 후 열치리를 미실시한 <비교예>의 경우 단 1회의 임프린팅 공정이 가능하였다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 소프트몰드 공정 후처리 방법은, 나노 임프린팅 공정을 진행한 후 소프트몰드(20)의 열처리 과정을 통해 소프트몰드(20) 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 용이하게 제거할 수 있으며, 이에 따라 상기 소프트몰드(20)의 표면 상태를 소수성 상태로 유지해줌으로써 재사용이 가능하도록 할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

10 : 기재 11 : 베이스층
13 : 레진층 13a : 패턴
20 : 소프트몰드 21 : 패턴
30 : 레진 용매

Claims (5)

1. 로딩된 기재 상에 소프트몰드의 패턴을 면접시킨 상태에서 상기 소프트몰드를 기재측을 향해 가압하여 상기 소프트몰드의 패턴을 상기 기재 상에 전사해주는 나노 임프린팅 공정을 실시하고 난 후, 상기 소프트몰드를 후처리 하기 위한 방법에 있어서,
   상기 나노 임프린팅 공정을 실시하고 난 후 상기 소프트몰드를 재사용할 수 있도록 상기 소프트몰드 패턴 표면에 흡습되어 있는 레진 용매를 제거하는 열처리 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 소프트몰드 공정 후처리 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 공정은,
   상기 소프트몰드를 오븐 내에 투입하여 실시하는 것인 소프트몰드 공정 후처리 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 공정은,
   상기 소프트몰드의 패턴 표면이 소수성 상태를 유지할 수 있도록 실시하는 것인 소프트몰드 공정 후처리 방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 열처리 공정은,
   80 ~ 120℃에서 10 ~ 30분 동안 실시하는 것인 소프트몰드 공정 후처리 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 공정을 실시한 후,
   상기 소프트몰드 패턴 표면의 접촉각과 표면에너지(mJ/㎡)를 측정하여 상기 소프트몰드의 재사용 가능 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 소프트몰드 공정 후처리 방법.

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