KR20210136347A - 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법 - Google Patents

나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법이 제공된다. 투명 필름의 표면에 형성된 나노미터 크기의 가로선패턴; 상기 가로선패턴과 교차되어 격자구조를 이루도록 형성된 나노미터 크기의 세로선패턴;을 포함하여 구성되며, 상기 각 격자가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내는 것을 특징으로 한다.

Description

나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법{Transparent hydrophobic film having nano-pattern and manufacturing method of the same}
본 발명은 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 필름에 나노 패턴이 교차되도록 형성되어 발생된 각 폐루프가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작동되어 소수성을 나타내도록 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 및 태양전지의 자가세정 효과를 위해 소수성 표면 및 소수성 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 소수성 표면은 자가세정 효과를 가지고 있으며, 이러한 효과는 표면에 나노 및 마이크로 사이즈의 돌기가 구조적 형태를 이루고 있어 낮은 표면에너지를 가지게 된다. 낮은 표면에너지는 나노/마이크로 크기의 구조가 물방울과 표면의 접촉을 최소화 하여 만든다.
이러한 기술로서, '나노 패턴 구조를 표면에 갖는 나노 복합 구조체 및 그 제조방법(등록번호 : 10-1703916)'에서는 기재를 준비하는 단계; 금속 망 구조체를 상기 기재의 상방에 위치시키는 단계; 및 상기 금속 망 구조체가 위치한 상기 기재를 플라즈마 처리하는 단계;를 포함하는 나노 복합 구조체의 제조방법을 개시한다.
상기 방법으로 제조되는 나노 패턴 구조를 표면에 갖는 나노 복합 구조체는 돌기형으로 나노패턴을 형성시키므로 물방울이 돌기 주위로 흘러내리는 현상으로 인하여 표면과 물방울 사이의 접촉각이 작아져 소수성 특성이 약해지는 한계가 존재한다.
또한, 종래의 소수성 표면 제작은 일반적으로 나노 및 마이크로 패턴을 형성하기 위하여 반도체공정을 이용한다. 이러한 반도체 공정은 단위 공정 시간 및 진공 공정으로 생산성의 어려움이 있다. 따라서 지금까지의 소수성 표면은 화학적 표면처리, 소수성 폴리머 코팅을 통하여 제작되고 있다. 이러한 공정은 소수성 표면의 형성 및 생산성에는 유용한 방법이나 코팅층으로 인하여 투명성을 요구하는 응용분야에는 적용이 어려운 실정이다.
따라서, 기판 자체의 투명성을 유지하면서 소수성 표면을 구현할 수 있는 기술의 개발이 요구되는 시점이다.
KR 10-1703916 B1
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 투명 필름에 나노 패턴이 교차되도록 형성되어 발생된 각 폐루프가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작동되어 소수성을 나타내도록 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 투명 필름의 표면에 형성된 나노미터 크기의 가로선패턴; 상기 가로선패턴과 교차되어 격자구조를 이루도록 형성된 나노미터 크기의 세로선패턴;을 포함하여 구성되며, 상기 각 격자가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내는 것을 기술적 특징으로 한다.
이러한 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름의 상기 각 격자는, 패턴간의 간격이 10㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 투명 필름의 표면에 형성된 나노미터 크기의 1차도형패턴; 상기 1차도형패턴과 어긋나게 겹쳐지면서 형성된 나노미터 크기의 2차도형패턴;을 포함하여 구성되며, 상기 1차도형패턴과 2차도형패턴의 겹쳐짐에 의해 발생된 각 폐루프가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내는 것을 기술적 특징으로 한다.
이러한 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름의 상기 1차도형패턴 및 2차도형패턴은, 삼각형, 사각형, 오각형을 포함하는 다각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법에 있어서, 나노크기의 가로선패턴이 형성되는 제1단계와; 상기 가로선패턴과 교차되도록 나노크기의 세로선패턴이 형성되어 격자구조를 이루는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
이러한 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름의 제조방법의 상기 제1단계는, 크롬 마스크를 준비하는 제1-1단계와; 감광제를 도포한 노광용 기판 상단에 상기 크롬마스크를 배치하여 감광제패턴을 형성하는 제1-2단계와; 상기 감광제패턴 위에 투명한 고분자 액상을 도포한 후 열경화 또는 자외선경화시켜 위상마스크를 형성하는 제1-3단계와; 감광제를 도포한 노광용 기판 상단에 상기 위상마스크를 배치하여 노광 공정을 이용해 감광제 가로선패턴을 형성하는 제1-4단계와; 상기 감광제 가로선패턴에 1차 도금공정을 이용하여 가로선패턴 음각 니켈기판을 형성하는 제1-5단계와; 상기 가로선패턴 음각 니켈기판에 2차 도금공정을 이용하여 가로선패턴 양각 니켈기판을 형성하는 제1-6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름의 제조방법의 상기 제2단계는, 감광제를 도포한 상기 가로선패턴 양각 니켈기판의 상단에 상기 가로선패턴과 교차되어 격자구조를 이루도록 상기 위상마스크를 배치하여 노광 공정을 이용해 감광제 세로선패턴을 형성하는 제2-1단계와; 상기 감광제 세로선패턴에 1차 도금공정을 이용하여 세로선패턴 음각 니켈금형을 형성하는 제2-2단계와; 상기 세로선패턴 음각 니켈금형에 소수성 수지를 도포하고, 투명한 고분자 필름을 덮은 후 열경화 또는 자외선 경화시키는 제2-3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름의 제조방법의 상기 제2-3단계는, 상기 세로선패턴 음각 니켈금형에 2차 도금공정을 이용하여 세로선패턴 양각 니켈금형을 형성하는 제2-3(a)단계와; 상기 세로선패턴 양각 니켈금형에 열경화 또는 자외선 경화형 소수성 수지를 도포하여 열경화 또는 자외선 경화시켜 소프트몰드를 형성하는 제2-3(b)단계; 유리기판에 열경화 또는 자외선 경화형 소수성 수지를 도포하고, 상기 소프트몰드를 이용하여 열경화 또는 자외선 경화시키는 제2-3(c)단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결수단에 의한 본 발명은, 1차패턴과 2차패턴이 교차하여 격자구조 또는 폐루프가 형성되고, 이러한 격자 또는 폐루프가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내도록 함으로써 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름을 구현할 수 있다.
나노패턴에 의한 소수성 특성에 의해 자가세정 또는 성에나 서리를 방지하는 기능을 갖는 투명 필름을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직선형 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름의 상면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름의 상면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름의 상면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법의 순서도.
도 6 내지 도 12는 도 5의 제1-1단계 내지 제2-3단계를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법의 순서도.
도 14는 도 13의 제2-3(a)단계 내지 제2-3(c)단계를 나타내는 도면.
도 15는 도 5의 제1-1단계 내지 제2-3단계를 전체적으로 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름의 광투과성 및 수접촉각을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)은 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 필름의 표면에 형성된 나노미터 크기의 가로선패턴(100)과, 가로선패턴(100)과 교차되어 격자(310)구조를 이루도록 형성된 나노미터 크기의 세로선패턴(200)을 포함하여 구성된다. 이렇게 가로선패턴(100)과 세로선패턴(200)의 교차로 형성되는 각 격자(310)가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내게 된다.
여기서, 가로선패턴(100)과 세로선패턴(200)은 직선인 경우를 예로들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 곡선으로 될 수도 있다. 또한, 선패턴이 아닌 도형 패턴으로 될 수도 있으며, 삼각형, 사각형, 오각형을 포함하는 다각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나의 도형 패턴으로 될 수 있다.
도 2는 원형 패턴으로 나노패턴이 형성되는 경우를 나타낸다. 1차원형패턴(101)이 먼저 형성되고, 이와 어긋나게 겹쳐지면서 2차원형패턴(201)이 형성된다. 1차원형패턴(101)과 2차원형패턴(201)의 교차에 의해 많은 폐루프(320)가 형성되고, 각 폐루프(320)가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내게 된다.
원형 패턴과 마찬가지로 도 3과 같은 사각형 패턴에서도 동일한 원리로 적용된다. 1차사각형패턴(102)이 먼저 형성되고, 이와 어긋나게 겹쳐지면서 2차사각형패턴(202)이 형성된다. 1차사각형패턴(102)과 2차사각형패턴(202)의 교차에 의해 많은 폐루프(320)가 형성되고, 각 폐루프(320)가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내게 된다.
이하에서는 가로선패턴(100)과 세로선패턴(200)이 직선인 경우를 예로들어 살펴보기로 한다.
나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)을 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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법의 순서도이다. 이를 참조하면, 나노크기의 가로선패턴(100)이 형성되는 제1단계(S100)와 이러한 가로패턴(100)과 교차되도록 나노크기의 세로선패턴(200)이 형성되어 격자(310)구조를 이루는 제2단계(S200)를 거쳐 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)을 제작함을 알 수 있다.
이러한 제작 방법을 도 5를 참조하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 제1-1단계(S110)는 크롬마스크(10)를 준비하는 단계이다.
크롬마스크(10)는 가로선패턴(100)을 나타내기 위한 포토마스크로서, 유리기판 또는 석영 위에 크롬으로 패턴을 형성한 것이며, 크롬마스크(10)의 패턴은 차후 제작될 가로선패턴(100)을 반영하여 결정되도록 한다.
본 발명의 제1-2단계(S120)는 감광제패턴(20)을 형성하는 단계이다.
도 6은 도 5의 제1-2단계(S120)를 나타내는 도면이다. 감광제패턴(20)은 위상마스크(30) 제작을 위한 감광제패턴으로서, 일정한 두께의 감광제가 도포된 노광용 기판에 크롬마스크(10)를 위치시켜 자외선을 조사하고, 현상 공정을 거쳐 감광제패턴(20)을 구현한다.
기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
한편, 여기서 감광제의 두께는 1 내지 10㎛ 범위로 되는 것이 바람직하다. 감광제의 두께가 1㎛보다 얕은 상태로 제작된 위상마스크를 이용하여 이후 공정을 수행하는 경우, 제1-4단계(S140)에서 전영역에 걸쳐 감광제가 현상되어 나노패턴이 구현되지 못하는 문제가 발생하고, 감광제의 두께가 10㎛보다 두꺼우면 이후 공정에서 나노패턴이 아닌 마이크로패턴이 구현되는 문제점이 있다.
또한, 여기서 자외선은 10~200mJ/cm2 의 광량으로 조사하는 것이 바람직하다. 광량이 10mJ/cm2 미만일 경우, 현상 과정에서 감광제가 제거되지 않고, 광량이 200mJ/cm2 을 초과할 경우, 감광제패턴의 경계 부분의 패턴 품질이 나빠지게 되어 추후 제작할 위상마스크(30)가 제역할을 수행하는데 문제가 발생하기 때문이다.
본 발명의 제1-3단계(S130)는 위상마스크(30)를 형성하는 단계이다.
도 7은 도 5의 제1-3단계(S130)를 나타내는 도면이다. 위상마스크(30)는 가로선패턴(100)을 구현하기 위한 포토마스크로서, 감광제패턴(20) 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 위상마스크(30)의 패턴이 원하는 형상으로 나오지 않는 문제점이 있다.
여기서 사용되는 고분자로는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 또는 Polyurethane이 주로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 열 경화가 가능하고 패턴성형에 적합한 모든 재료를 적용할 수 있다.
고분자 열 또는 자외선 경화 공정이 완료되면 위상마스크(30)를 감광제패턴(20)으로부터 분리해낸다.
본 발명의 제1-4단계(S140)는 감광제 가로선패턴(110)을 형성하는 단계이다.
도 8은 도 5의 제1-4단계(S140)를 나타내는 도면이다. 감광제 가로선패턴(110)은 가로선패턴(100)이 구현된 감광제 패턴으로서, 일정한 두께의 감광제를 도포한 노광용 기판의 상단에 위상마스크(30)를 위치시켜 자외선을 조사한 후 현상 공정을 거쳐 감광제 가로선패턴(110)을 구현한다.
한편, 여기서 감광제의 두께는 1 내지 5㎛ 범위로 되고, 자외선은 10~200mJ/cm2 의 광량으로 조사하는 것이 바람직하다. 광량이 10mJ/cm2 미만일 경우, 현상 과정에서 감광제가 제거되지 않고, 광량이 200mJ/cm2 을 초과할 경우, 현상 과정에서 추후 가로선패턴(100)으로 제작될 영역의 감광제까지 제거되어 패턴 구현이 불가능한 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 전술한 바와 같이, 기판 위에 감광제를 도포하는 방법으로는 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등이 있으며, 종래의 다양한 공정의 적용이 가능하다.
본 발명의 제1-5단계(S150)는 가로선패턴 음각 니켈기판(120)을 형성하는 단계이다.
도 9는 도 5의 제1-5단계(S150) 내지 제1-6단계(S160)를 나타내는 도면이다. 가로선패턴 음각 니켈기판(120)은 가로선패턴(100)을 갖는 노광용 기판으로서, 감광제 가로선패턴(110) 위에 금속층을 성장시켜 금속 기판을 제작한다. 여기서 사용되는 금속은 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있으며, 니켈 도금층은 100 내지 500㎛로 되는 것이 바람직하다.
이러한 전주도금 공정을 이용하여 제작되는 금속 기판은 감광제 가로선패턴(110)과 음압이 서로 반대로 구현된 가로선패턴 음각 니켈기판(120)이 된다.
본 발명의 제1-6단계(S160)는 가로선패턴 양각 니켈기판(130)을 형성하는 단계이다.
가로선패턴 양각 니켈기판(130)은 가로선패턴(100)을 갖는 노광용 기판으로서, 가로선패턴 음각 니켈기판(120)에 2차 니켈 도금층을 100 내지 500㎛로 성장시켜 제작한다. 이렇게 형성된 가로선패턴 양각 니켈기판(130)은 가로선패턴 음각 니켈기판(120)과 달리, 최종적으로 구현하고자 하는 가로선패턴(100)과 동일한 형상을 나타내는 금형을 제조할 수 있다.
본 발명의 제2-1단계(S210)는 감광제 세로선패턴(210)을 형성하는 단계이다.
도 10은 도 5의 제2-1단계(S210)을 나타내는 도면이다. 감광제 세로선패턴(210)은 세로선패턴(200)이 구현된 감광제 패턴으로서, 일정한 두께의 감광제를 가로선패턴 양각 니켈기판(130)에 도포하고, 그 상단에 위상마스크(30)를 위치시켜 자외선을 조사한 후 현상 공정을 거쳐 구현한다.
이때, 위상마스크(30)는 가로선패턴(100) 구현할 때 위치시킨 방향에서 90도 회전된 방향으로 위치시킴으로써 이미 구현된 가로선패턴(100)과 새롭게 구현될 세로선패턴(200)이 서로 교차하여 상면에서 바라보면 도 11과 같이, 격자(310)를 형성할 수 있다.
한편, 여기서 감광제의 두께는 1 내지 5㎛ 범위로 되고, 자외선은 10~200mJ/cm2 의 광량으로 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2-2단계(S220)는 세로선패턴 음각 니켈금형(220)을 형성하는 단계이다.
도 12는 도 5의 제2-2단계(S220) 내지 제2-3단계(S230)를 나타내는 도면이다. 세로선패턴 음각 니켈금형(220)은 세로선패턴(200)을 갖는 금형으로서, 감광제 세로선패턴(210) 위에 금속층을 성장시켜 금속 기판을 제작한다. 여기서 사용되는 금속은 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있으며, 니켈 도금층은 100 내지 500㎛로 되는 것이 바람직하다.
이러한 전주도금 공정을 이용하여 제작되는 금형은 감광제 세로선패턴(210)과 음압이 서로 반대로 구현된 세로선패턴 음각 니켈금형(220)이 된다.
본 발명의 제2-3단계(S230)는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)을 형성하는 단계이다.
세로선패턴 음각 니켈금형(220)의 표면에 열 또는 자외선 경화 수지를 도포한 후, 투명한 고분자 필름을 덮고, 열 또는 자외선을 부가하여 수지를 경화시킨다. 경화된 수지를 세로선패턴 음각 니켈금형(220)으로부터 분리해내면 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)이 된다.
세로선패턴 음각 니켈금형(220)이 구현하고자 하는 세로선패턴(200)과 음압이 반대로 형성된 패턴이기 때문에 이렇게 형성된 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)은 최종적으로 구현하고자 하는 패턴과 동일한 패턴이 형성될 수 있다.
여기서, 열 또는 자외선 경화 수지로는 소수성 특성을 갖는 모든 재료가 적용 가능하지만, 바람직하게는 Fluorocarbon, PDMS를 포함하는 Silicone인 것으로 한다.
추가로, 투명한 고분자 필름은 PET인 것이 가장 바람직하고, 열 또는 자외선 경화 수지의 두께는 100㎛ 내지 1mm 범위로 되는 것이 바람직하다. 또한, 자외선 경화시에는 광 조사량이 100mJ/cm2 내지 1000mJ/cm2인 것으로 하고, 열경화시에는 온도가 50 내지 130℃인 것으로 한다.
상술한 바와 같이, 가로선패턴(100)과 세로선패턴(100)이 형성되어 격자(310)를 이루는 단단한 재질인 금형을 이용하여 직접 필름을 성형할 수 있지만, 유리기판과 같이 단단한 재질에 나노패턴을 성형하기에는 한계가 존재하므로 소프트몰드(40)를 형성하는 단계가 추가되어야 한다. 이와 관련하여 도 13을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
제2실시예
본 발명의 제2-3(a)단계(S231)는 세로선패턴 양각 니켈금형(230)을 형성하는 단계이다.
도 14는 도 13의 제2-3(a)단계(S231) 내지 제2-3(c)단계(S233)를 나타내는 도면이다. 세로선패턴 양각 니켈금형(230)은 세로선패턴(200)을 갖는 금형으로서, 세로선패턴 음각 니켈금형(220)에 2차 니켈 도금층을 100 내지 500㎛로 성장시켜 제작한다. 이렇게 형성된 세로선패턴 양각 니켈금형(230)은 세로선패턴 음각 니켈금형(220)과 달리, 최종적으로 구현하고자 하는 세로선패턴(200)과 동일한 형상을 나타내는 금형을 제조할 수 있다.
본 발명의 제2-3(b)단계(S232)는 소프트몰드(40)를 형성하는 단계이다.
소프트몰드(40)는 최종적으로 얻고자 하는 가로선패턴(100)과 세로선패턴(200)이 교차되어 격자(310)구조를 형성하는 나노패턴과 음압이 서로 반대로 구현된 패턴을 갖는 몰드이다. 이러한 소프트몰드(40)는 세로선패턴 양각 니켈금형(230)에 열 또는 자외선 경화 수지를 도포하고, 열 또는 자외선 경화 공정을 이용하여 제작한다.
여기서, 열 또는 자외선 경화 수지로는 바람직하게는 PU 계열, Epoxy 계열, Fluorocarbon 계열, silicone 계열 중 선택된 어느 하나인 것으로 한다.
한편, 자외선 경화시에는 광 조사량이 100mJ/cm2 내지 1000mJ/cm2인 것으로 하고, 열경화시에는 온도가 50 내지 130℃인 것으로 한다.
추가로, 소프트몰드(40)를 형성한 후에는 소프트몰드(40)의 표면에 이형처리를 하는 것이 바람직하다. 이형처리의 종류로는 금속박막 증착, 금속산화막 증착, Self Asembled Monolayer 코팅 등의 공정들이 이용될 수 있다.
본 발명의 제2-3(c)단계(S233)는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)을 형성하는 단계이다.
나노패턴을 구현하고자 하는 유리기판과 같이 단단한 기판 표면에 열 또는 자외선 경화 수지를 도포한 후, 소프트몰드(40)를 위치시키고, 열 또는 자외선을 부가하여 수지를 경화시킨다. 경화된 수지를 소프트몰드(40)로부터 분리해내면 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)이 된다.
소프트몰드(40)가 최종적으로 얻고자 하는 가로선패턴(100)과 세로선패턴(200)이 교차되어 격자(310)구조를 형성하는 나노패턴과 음압이 서로 반대로 구현된 몰드이기 때문에 이렇게 형성된 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)은 최종적으로 구현하고자 하는 패턴과 동일한 패턴이 형성될 수 있다.
여기서, 열 또는 자외선 경화 수지로는 소수성 특성을 갖는 모든 재료가 적용 가능하지만, 바람직하게는 Fluorocarbon, PDMS를 포함하는 Silicone인 것으로 한다.
도 15는 도 5의 제1-1단계(S110) 내지 제2-3단계(S230)를 전체적으로 나타내는 도면이다. 도 15를 참조하면, 본 발명은 노광용 기판에 위상마스크를 이용하여 가로선패턴을 구현한 후, 위상마스크를 90도 회전하여 세로선패턴을 구현함으로써 가로선패턴과 세로선패턴이 교차하여 격자구조를 형성하는 금형을 제작하고, 이를 이용하여 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름(300)을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 방법으로 형성되는 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름(300)의 격자(310)구조 패턴간의 간격은 10㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 패턴간의 간격이 10㎛보다 좁으면 나노패턴 사이의 간섭현상 때문에 소수성 필름의 광투과율이 저하되는 문제가 있고, 패턴간의 간격이 500㎛보다 넓으면 격자(310)의 넓이가 넓어져 물방울이 퍼지게 되면 소수성 특성이 줄어들 수 있기 때문이다.
그 중에서도 도 16을 참조하면, 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름(300)의 격자(310)구조 패턴간의 간격은 10㎛ 내지 100㎛인 것이 가장 바람직하다. 도 16과 같이, 실험 결과에 의하면, 격자(310)구조 패턴간의 간격이 10㎛일 때는 151.3°, 25㎛일 때는 152.8°, 50㎛일 때는 156.3°, 100㎛일 때는 155.2°의 평균 수접촉각을 각각 나타낸다. 따라서, 본 실시예에 따른 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름(300)의 격자(310)구조 패턴간의 간격이 10㎛ 내지 100㎛인 경우에는 초소수성의 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름(300)은 일반적으로 빛투과성을 판단하는 빛의 파장 550nm대역에서 모두 90% 이상의 빛투과율을 나타내고 있으므로, 투명 필름을 제작하기에도 충분함을 알 수 있다.
따라서, 본원발명에 따른 나노패턴이 형성된 투명 소수성 필름(300)을 이용하면 자가세정 또는 서리방지 기능이 있는 투명필름 또는 투명유리기판을 구현할 수 있다. 이러한 투명필름 또는 투명유리기판은 고층 건물 유리, 태양전지 패널, 자동차 유리, 헬맷의 앞유리, 고글 등 겨울 스포츠 용품 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 및 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10: 크롬마스크 20: 감광제패턴
30: 위상마스크 40: 소프트몰드
100: 가로선패턴
101: 1차원형패턴 102: 1차사각형패턴
110: 감광제 가로선패턴
120: 가로선패턴 음각 니켈기판 130: 가로선패턴 양각 니켈기판
200: 세로선패턴
201: 2차원형패턴 202: 2차사각형패턴
210: 감광제 세로선패턴
220: 세로선패턴 음각 니켈금형 230: 세로선패턴 양각 니켈금형
300: 나노패턴 투명 소수성 필름
310: 격자 320: 폐루프

Claims (8)

  1. 투명 필름의 표면에 형성된 나노미터 크기의 가로선패턴;
    상기 가로선패턴과 교차되어 격자구조를 이루도록 형성된 나노미터 크기의 세로선패턴;을 포함하여 구성되며,
    상기 각 격자가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내는 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 격자는,
    패턴간의 간격이 10㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름.
  3. 투명 필름의 표면에 형성된 나노미터 크기의 1차도형패턴;
    상기 1차도형패턴과 어긋나게 겹쳐지면서 형성된 나노미터 크기의 2차도형패턴;을 포함하여 구성되며,
    상기 1차도형패턴과 2차도형패턴의 겹쳐짐에 의해 발생된 각 폐루프가 물방울 하단에서 에어포켓으로 작용되어 소수성을 나타내는 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 1차도형패턴 및 2차도형패턴은,
    삼각형, 사각형, 오각형을 포함하는 다각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름.
  5. 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법에 있어서,
    나노크기의 가로선패턴이 형성되는 제1단계와;
    상기 가로선패턴과 교차되도록 나노크기의 세로선패턴이 형성되어 격자구조를 이루는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    크롬 마스크를 준비하는 제1-1단계와;
    감광제를 도포한 노광용 기판 상단에 상기 크롬마스크를 배치하여 감광제패턴을 형성하는 제1-2단계와;
    상기 감광제패턴 위에 투명한 고분자 액상을 도포한 후 열경화 또는 자외선경화시켜 위상마스크를 형성하는 제1-3단계와;
    감광제를 도포한 노광용 기판 상단에 상기 위상마스크를 배치하여 노광 공정을 이용해 감광제 가로선패턴을 형성하는 제1-4단계와;
    상기 감광제 가로선패턴에 1차 도금공정을 이용하여 가로선패턴 음각 니켈기판을 형성하는 제1-5단계와;
    상기 가로선패턴 음각 니켈기판에 2차 도금공정을 이용하여 가로선패턴 양각 니켈기판을 형성하는 제1-6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    감광제를 도포한 상기 가로선패턴 양각 니켈기판의 상단에 상기 가로선패턴과 교차되어 격자구조를 이루도록 상기 위상마스크를 배치하여 노광 공정을 이용해 감광제 세로선패턴을 형성하는 제2-1단계와;
    상기 감광제 세로선패턴에 1차 도금공정을 이용하여 세로선패턴 음각 니켈금형을 형성하는 제2-2단계와;
    상기 세로선패턴 음각 니켈금형에 소수성 수지를 도포하고, 투명한 고분자 필름을 덮은 후 열경화 또는 자외선 경화시키는 제2-3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2-3단계는,
    상기 세로선패턴 음각 니켈금형에 2차 도금공정을 이용하여 세로선패턴 양각 니켈금형을 형성하는 제2-3(a)단계와;
    상기 세로선패턴 양각 니켈금형에 열경화 또는 자외선 경화형 소수성 수지를 도포하여 열경화 또는 자외선 경화시켜 소프트몰드를 형성하는 제2-3(b)단계;
    유리기판에 열경화 또는 자외선 경화형 소수성 수지를 도포하고, 상기 소프트몰드를 이용하여 열경화 또는 자외선 경화시키는 제2-3(c)단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노패턴을 갖는 투명 소수성 필름 제조방법.
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