WO2015163596A1 - 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판 - Google Patents

입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판 Download PDF

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WO2015163596A1
WO2015163596A1 PCT/KR2015/003200 KR2015003200W WO2015163596A1 WO 2015163596 A1 WO2015163596 A1 WO 2015163596A1 KR 2015003200 W KR2015003200 W KR 2015003200W WO 2015163596 A1 WO2015163596 A1 WO 2015163596A1
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WO
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substrate
coating
gas
particles
coating film
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PCT/KR2015/003200
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English (en)
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Inventor
김재호
김효섭
박정균
Original Assignee
아주대학교 산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials

Definitions

  • the present invention relates to a coating method using a particle alignment, and to a particle coating substrate produced by the same, and more particularly, using a particle alignment capable of coating a plurality of fine particles at a single layer level at a high density using the particle alignment.
  • such coating techniques include memory devices, linear and nonlinear optical devices, photovoltaic devices, photo masks, deposition masks, chemical sensors, biochemical sensors, sensors for medical molecular detection, dye-sensitized solar cells, thin film solar cells, cell culture, It can be applied to the implant surface and the like.
  • LB method The Langmuir-Blodgett (LB) method (hereinafter referred to as "LB method”) is well known as a technique for aligning and coating fine particles on a substrate.
  • LB method a solution in which fine particles are dispersed in a solvent is floated on the surface of the water and then compressed by a physical method to form a thin film.
  • the technique using this LB method is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2006-2146.
  • the LB method temperature, humidity, and the like must be precisely controlled so that particles can be self-assembled in a solvent. It may also affect particle migration by the surface properties (eg, hydrophobicity, charge properties, surface roughness) of the particles on the substrate. As a result, the particles may aggregate together and may not be evenly applied on the substrate. That is, there may be many areas where the particles are not applied, and where the aggregated particles meet each other, grain boundaries may be formed and many defects may be located.
  • surface properties eg, hydrophobicity, charge properties, surface roughness
  • an object of the present invention is a coating method using a particle alignment that can be uniformly aligned and coated the particles on the substrate by a simple method and the particle coating prepared thereby It is to provide a substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a coating method using a particle alignment and a particle coated substrate produced thereby, which can form a coating film in which a plurality of particles are aligned in a predetermined pattern by a simple method.
  • Still another object of the present invention is to provide a coating method using a particle alignment and a particle coated substrate produced thereby, which can form a coating film in which heterogeneous particles are aligned in a predetermined pattern by a simple method.
  • Coating method using a particle alignment for achieving the above object, (a) coating a plurality of particles on the first substrate having gas permeability to form a coating film, (b) the Coating a coating liquid on a surface of the first substrate having a coating film formed thereon; (c) placing a second substrate on the coating liquid to cover the coating liquid with the second substrate; and (d) drying the coating liquid to dry the coating film. Forming the attached coating layer.
  • the coating method using a particle alignment for achieving the above object, (a) preparing a gas-permeable substrate, (b) a coating film by coating a plurality of particles on the gas-permeable substrate And (c) partially exposing or exposing the surface of the gas-permeable substrate by irradiating light or active gas toward the gas-permeable substrate with the mask on which the mask pattern is formed.
  • the coating method using the particle alignment according to the present invention forms a coating film by applying a pressure on the adhesive polymer substrate formed on the gas-permeable substrate dry particles without using a solvent or adhesion aid, and then mediate the thermosetting coating layer Can be stably transferred to another transfer substrate.
  • the surface of the flexible adhesive polymer substrate with flexibility is deformed to surround a part of the particles under the influence of the surface tension.
  • recesses corresponding to the particles are formed on the surface of the adhesive polymer substrate, thereby improving bonding properties.
  • the reversible nature of the shape deformation of the adhesive polymer substrate surface facilitates two-dimensional movement of the particles in contact on the substrate so that the particle distribution can be easily rearranged.
  • Enhancement of particle adhesion through such shape modification lowers the dependence of the particle surface properties and the type of the polymer substrate so that particles of various surface properties can be coated in a single layer. Therefore, it is not necessary to control the environment such as temperature, humidity, and particle concentration required for self-assembly and spin coating when forming a coating film as in the prior art, and to easily coat particles having various surface properties in a wide range of environments and conditions. Can be. In addition to the case where the particles are chargeable or easy to bond with hydrogen, even when the material is non-chargeable and hydrophobic, single layer particle coating may be uniformly performed at high density.
  • particles are uniformly distributed on the adhesive polymer substrate by a simple method, thereby easily forming a coating layer having a high density, and transferring the other substrates such as glass substrates, semiconductor substrates, and polymer substrates through a thermosetting coating layer. It can be transferred to the substrate stably.
  • the coating method using the particle alignment according to the present invention increases the adhesion of the exposed portion irradiated with light or active gas by partially irradiating light or active gas on the adhesive polymer substrate using a mask, and the non-exposed portion having relatively weak adhesion By removing the particles located in the, it is possible to easily form a coating film of various patterns, it can be transferred to another transfer substrate stably.
  • FIG. 1A to 1F illustrate step by step coating method using particle alignment according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows another embodiment in which a coating film is formed on a transfer substrate by using a coating method using particle alignment according to the present invention.
  • Figures 4a to 4d is a step by step showing another embodiment for forming a coating film of a predetermined pattern on the adhesive polymer substrate in the coating method using the particle alignment according to the present invention.
  • FIGS. 5A and 5C are SEM images of a particle transfer substrate in Experimental Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6a, 6b and 6c are photographs showing the Experimental Example 2 of the present invention step by step
  • FIG. 6d is an SEM image of the particle transfer substrate of Experimental Example 2 of the present invention.
  • FIG. 7a and 7b is an image showing a comparison according to the UV treatment time in Experimental Example 3 of the present invention
  • Figure 7c is a graph showing the change in transmittance according to the UV treatment time
  • Figure 7d is a sharpness according to the UV treatment time
  • 7E is a graph showing Methylene blue decomposition test results
  • FIG. 7F is a photograph showing transparency of Methylene blue according to UV treatment time
  • FIGS. 7G and 7H show changes in photocatalyst properties according to chemical changes in a substrate.
  • 7i is a photograph showing the hardness of the substrate according to the UV treatment time
  • Figure 7j is a photograph comparing the refractive index according to the change in size.
  • thermosetting coating layer 45 transfer substrate
  • FIGS. 1A to 1F illustrate step by step coating methods using particle alignment according to an embodiment of the present invention.
  • the coating method using particle alignment according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The explanation is as follows.
  • a gas permeable substrate 10 is prepared, a liquid adhesive polymer is coated on the gas permeable substrate 10, and then dried to form an adhesive polymer substrate 20.
  • the gas permeable substrate 10 has a property that gas can permeate, for example, such as Hanji, tissue, corrugated cardboard, hard cardboard, porous film may be used, but is not limited thereto.
  • the adhesive polymer substrate 20 also has a property that gas can pass therethrough.
  • the adhesive polymer substrate 20 includes at least one polymer material such as polydimethylsiloxane (PDMS), linear low density polyethylene (LLPDE), polyvinyl chloride (PVC), and the like.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • LLPDE linear low density polyethylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • the tissue structure is not dense and the flexible polymer material has gas permeation characteristics, and thus the flexible polymer material can be applied as an adhesive polymer that can be used for the gas-permeable substrate 10.
  • the surface of the adhesive polymer substrate 20 formed on the gas permeable substrate 10 may have a state in which a specific pattern or bending is not formed, and the particles 30 forming the coating layer 32 (see FIG. 1C) thereon (FIG. 1C). Have a level of surface roughness and structure that does not limit the movement of the substrate).
  • the gas permeable substrate 10 and the adhesive polymer substrate 20 provided on one surface of the gas permeable substrate are referred to as a first substrate.
  • the adhesive polymer substrate 20 includes various adhesive polymer materials in which adhesion is present.
  • Adhesive polymers are generally distinguished from adhesives because they do not have commonly used adhesive properties. At least the adhesive polymer has an adhesive force lower than about 0.6 kg / inch (ASTM D 3330 evaluation) of the adhesive of the Scotch Magic TM tape.
  • the adhesive polymer can maintain the shape of a solid state (substrate or film) at room temperature without a separate support.
  • the adhesive polymer material generally refers to an organic polymer material including silicon in a solid state or endowed with adhesion properties through plasticizer addition or surface treatment.
  • the adhesive polymer material is generally characterized by having a low surface tension and easy deformation of the form by the linear molecular structure.
  • the excellent adhesion of such an adhesive polymer material is due to the soft (flexible) surface material and low surface tension and the like that the surface deformation in the fine region is easy.
  • the low surface tension of the adhesive polymer material has the property of broadly adhering to the particles 30 to be attached (similar to the wetting phenomenon of the solution), and the flexible surface is in seamless contact with the particles 30 to be attached. To lose. This results in an adhesive polymer that is easily removable on a solid surface without complementary bonding strength.
  • the surface tension of silicon-based polymer materials such as PDMS, a typical adhesive polymer material, is about 20 to 23 dynes / cm, close to Teflon (18 dynes / cm), which is known as the lowest surface tension material.
  • the surface tension of adhesive polymers, such as silicone-based polymers is most organic (35 to 50 dynes / cm), natural materials ( ⁇ , 73 dynes / cm), metals (eg silver (Ag, 890 dynes / cm), aluminum (Al, 500 dynes / cm), inorganic oxides (for example, glass (1000 dynes / cm), iron oxides (1357 dynes / cm) is lower than.
  • the plurality of particles 30 are aligned to form the coating film 32 on the adhesive polymer substrate 20. Form. This will be described in more detail as follows.
  • the plurality of particles 30 dried on the adhesive polymer substrate 20 are placed.
  • the particles dispersed in the solution are difficult to make direct contact with the adhesive polymer surface, so that the coating is not well made. Therefore, only a small amount of a solution or a volatile solvent less than the mass of the particles to be used may dry the particles during the coating operation to allow the coating operation.
  • the particle 30 may include various materials for forming the coating layer 32. That is, the particle 30 may include a polymer, an inorganic material, a metal, a magnetic material, a semiconductor, a biological material, and the like. In addition, a mixture of particles having different properties may be used as the particle 30.
  • Polymers that can be used as the particles 30 are polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylate, polyvinyl chloride (PVC), polyalphastyrene, polybenzyl methacrylate, polyphenylmetha Acrylate, polydiphenyl methacrylate, polycyclohexyl methacrylate, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-methyl methacrylate copolymer and the like.
  • PS polystyrene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVC polyalphastyrene
  • polybenzyl methacrylate polybenzyl methacrylate
  • polyphenylmetha Acrylate polydiphenyl methacrylate
  • polycyclohexyl methacrylate polycyclohexyl methacrylate
  • styrene-acrylonitrile copolymer sty
  • Inorganic materials that may be used as the particles 30 include silicon oxide (for example, SiO 2 ), silver phosphate (for example, Ag 3 PO 4 ), titanium oxide (for example, TiO 2 ), iron oxide (for example , Fe 2 O 3 ), zinc oxide, cerium oxide, tin oxide, thallium oxide, barium oxide, aluminum oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, copper oxide, nickel oxide and the like.
  • Metals that can be used as the particles 30 include gold, silver, copper, iron, platinum, aluminum, platinum, zinc, cerium, thallium, barium, yttrium, zirconium, tin, titanium, or alloys thereof. .
  • Examples of the semiconductor that can be used for the particles 30 include silicon, germanium, or a compound semiconductor (for example, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, etc.).
  • silicon germanium
  • a compound semiconductor for example, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, etc.
  • Biomaterials that can be used as the particles 30 include coatings on particles or surfaces of proteins, peptides, ribonucleic acid (RNA), deoxyribonucleic acid (DNA), polysaccharides, oligosaccharides, lipids, cells and complex materials thereof. Particles, and particles contained therein.
  • a polymer particle coated with an antibody binding protein called protein A may be used as the particle 30.
  • Particles 30 may have a symmetrical shape, asymmetrical shape, amorphous, porous shape.
  • the particle 30 may have a spherical shape, an ellipse shape, a hemispherical shape, a cube shape, a tetrahedron, a pentagonal surface, a hexahedron, an octahedron, a columnar shape, a horn shape, or the like.
  • spherical or elliptical is preferable as the form of the particle 30 compared with other forms.
  • the particles 30 may have an average particle diameter of 10 nm to 100 ⁇ m, more specifically 10 nm to 50 ⁇ m.
  • the average particle diameter is less than 10 nm, it may be a form that is entirely wrapped by the adhesive polymer substrate 20 during coating, it may be difficult to coat the particles 30 to a single layer level.
  • the average particle diameter of the particles 30 is less than 10 nm, the particles may agglomerate with each other even in a dry state, and it may be difficult for the particles to individually move only by a rubbing force. If the average particle diameter of the particles 30 exceeds 100 ⁇ m, the adhesion of the particles may appear weak.
  • the average particle diameter of the particles 30 may be more preferably 50nm to 10 ⁇ m.
  • the present invention is not limited thereto, and the average particle diameter of the particles 30 may vary depending on a material constituting the particles 30 or a material constituting the adhesive polymer substrate 20.
  • the diameter of the particle 30 may be used as the particle diameter.
  • various measurement methods may be used. For example, average values of the long axis and the short axis may be used as the particle diameter.
  • a pressure is applied on the plurality of particles 30 to form a coating film 32.
  • a method of applying pressure to the particles 30 a method of rubbing using a latex, a sponge, a hand, a rubber plate, a plastic plate, a material having a smooth surface, or the like may be used.
  • the present invention is not limited thereto, and pressure may be applied to the particles 30 by various methods.
  • the particles 30 when the particles 30 are placed on the surface of the adhesive polymer substrate 20 and then pressure is applied, the particles 30 of the pressure-applied portion are attached through the deformation of the adhesive polymer substrate 20. As a result, a plurality of recesses 22 corresponding to the particles 30 are formed in the corresponding portions. Therefore, the particles 30 are aligned on the adhesive polymer substrate 20 in the state in which the particles 30 are wrapped in the recess 22.
  • the recess 22 is reversible as formed by the interaction between the particles and the substrate. That is, it may be extinguished and the position may be moved. For example, when the particles move in the rubbing process, the recess 22 may disappear due to the elastic restoring force of the adhesive polymer substrate 20, or the position of the recess 22 may also be changed according to the movement of the particle 30. have. Due to this reversible action, particles 30 may be evenly aligned ("reversible" herein is a property generated by the flexibility and elastic restoring force of the surface of the adhesive polymer substrate during coating, so that the restoring force of the adhesive polymer substrate is changed over time). Broader meaning also includes weakening or extinction).
  • Particles 30 that are not bonded to the adhesive polymer substrate 20 are moved to an area where the particles 30 of the adhesive polymer substrate 20 are not coated by a rubbing force or the like, and the particles are not coated.
  • the recesses 22 are formed by the 30.
  • the adhesive polymer substrate 20 and the particle 30 are bonded to each other in the state in which the particle 30 is wrapped in the newly formed recess 22. Through this process, the coating layer 32 having a single layer level is formed on the adhesive polymer substrate 20 at a high density.
  • the concave portion 22 may have a shape corresponding to the outer shape of the particle 30 so as to surround a portion of the particle 30.
  • the recesses 22 may also have a spherical shape, and a portion of the particles 30 may be in close contact with the recesses 22.
  • the depth L1 of the recess 22 may vary depending on the hardness of the adhesive polymer substrate 20, the shape of the particles 30, the hardness, and environmental factors (eg, temperature). That is, as the hardness of the adhesive polymer substrate 20 increases, the depth L1 of the concave portion 22 may decrease, and as the temperature increases, the depth L1 of the concave portion 22 may increase.
  • grains 30 is 0.02-0.7. If the ratio L1 / D is less than 0.02, the binding force between the particles 30 and the adhesive polymer substrate 20 may not be sufficient. If the ratio L1 / D is greater than 0.7, the particles 30 may be coated at a monolayer level. It can be difficult. In consideration of the bonding force and coating properties, etc., the ratio (L1 / D) is more preferably 0.05 to 0.6, more specifically, 0.08 to 0.4.
  • the particle 30 and the adhesive polymer substrate 20 may be better bonded.
  • the particles 30 bonded to the adhesive polymer substrate 20 may also move to the uncoated portion of the periphery, so that the new particles 30 are partially disposed in the hollow recess 22 on the surface of the adhesive polymer substrate 20.
  • the coating layer 32 may be coated at a single layer level at a high density.
  • the particles 30 may be disposed such that each center has a hexagonal shape.
  • the particle 30 is non-spherical (for example, Ag 3 PO 4 ) it can be determined whether or not the monolayer level by a variety of methods. For example, when the ratio of the average value of the thickness of the coating film 32 to the average particle diameter of the top 10% of the particles 30 (ie, particles having a particle diameter of less than 10%) is 1.9 or less, the coating is performed at a monolayer level. You can see that.
  • the coating solution 40 is applied to the surface of the adhesive polymer substrate 20 on which the coating film 32 is formed, as shown in FIG. 1D.
  • the coating liquid 40 may be used as long as it is a coating liquid (hereinafter referred to as a thermosetting coating liquid) having a property of being cured by drying in a state of applying room temperature or heat.
  • thermosetting coating liquid 40 is applied to the adhesive polymer substrate 20, as shown in FIG. 1E
  • the gas-permeable transfer substrate 45 is placed on the thermosetting coating liquid 40, and the thermosetting coating liquid 40 is applied thereto.
  • the thermosetting coating liquid 40 is dried in the state covered with the transfer substrate 45.
  • various kinds of materials such as a glass substrate, a semiconductor substrate, and a polymer substrate, may be used as the gas impermeable transfer substrate 45.
  • the gas-impermeable transfer substrate 45 is designated as the second substrate in correspondence with the above-described first substrate.
  • thermosetting coating liquid 40 In drying the thermosetting coating liquid 40, a method of naturally drying while pressing the transfer substrate 45 toward the adhesive polymer substrate 20, or applying heat while pressing the transfer substrate 45 toward the PDMS substrate 20 is performed. Can be used.
  • thermosetting coating liquid 40 in order to dry the thermosetting coating liquid 40, a condition in which the solvent in the thermosetting coating liquid 40 can be dried slowly without bubbles are required.
  • a drying condition may require a drying time for about 12 hours to 24 hours with a temperature condition of room temperature, and in addition, the thickness of the adhesive polymer substrate 20 is thinner than a predetermined thickness or the gas permeable substrate 10 is porous.
  • the drying time can be further shortened.
  • heat when heat is applied, the drying time can be shortened.
  • thermosetting coating liquid 40 When the thermosetting coating liquid 40 is dried in this way, the solvent in the thermosetting coating liquid 40 passes through the adhesive polymer substrate 20 and the gas permeable substrate 10 in order and is released to the outside.
  • the drying is performed while the gas permeable substrate 10 is placed on the bottom surface of another base substrate or the like, since the gas cannot pass through the lower portion of the gas permeable substrate 10, the evaporated solvent is a gas permeable substrate ( 10) is emitted toward the edge side.
  • thermosetting coating layer 42 is formed on which the thermosetting coating solution 40 is dried.
  • the thermosetting coating layer 42 is firmly attached to the transfer substrate 45, and the thermosetting coating
  • the coating film 32 formed on the coating layer 42 is firmly attached to the thermosetting coating layer 42 with a bonding force greater than that of the adhesive polymer substrate 20.
  • thermosetting coating liquid 40 that is, the coating liquid layer preferably includes a material such that the form change of the adhesive polymer substrate 20 and the coating film 32 does not occur during the drying process.
  • thermosetting coating layer 42 when the thermosetting coating layer 42 is separated from the adhesive polymer substrate 20 together with the transfer substrate 45, the coating film 32 is also adhered to the thermosetting coating layer 42.
  • the particle coating substrate 46 composed of the transfer substrate 45, the thermosetting coating layer 42, and the coating film 32 can be obtained.
  • a plurality of recesses 22 remain on the surface of the adhesive polymer substrate 20 from which the plurality of particles 30 forming the coating film 32 are released, and the recesses 22 may disappear over time. have. Therefore, after transferring the coating film 32 to the transfer substrate 45, by repeatedly performing the thermosetting coating liquid coating and transfer substrate bonding step, thermosetting coating liquid drying step, coating film transfer step, etc., one formed on the gas-permeable substrate 10
  • the particle-coated substrate may be repeatedly made of the adhesive polymer substrate 20.
  • the dry particles 30 are adhered to the adhesive polymer substrate without using a solvent on the adhesive polymer substrate 20 formed on the gas permeable substrate 10.
  • the coating film 32 is formed by applying pressure in a state of being in direct contact therewith, and it can be stably transferred to various transfer substrates 45 such as a glass substrate, a semiconductor substrate, and a polymer substrate. Accordingly, since the self-assembly of the particles in the solvent is not required when forming the coating film as compared with the related art, it is not necessary to precisely control the temperature, humidity, and the like, and does not significantly affect the surface properties of the particles.
  • the coating can be uniformly made at a high density not only when the particles are chargeable materials, but also when they are non-chargeable (ie, near charge neutral) materials.
  • not only hydrophilic particles but also hydrophobic particles can be uniformly coated.
  • the particles 30 are evenly distributed on the adhesive polymer substrate 20 by a simple method to form a coating layer 32 having a single density, which is stable to another transfer substrate 45. Can be killed.
  • Figures 2a to 2f shows step by step coating method using the particle alignment according to another embodiment of the present invention.
  • a coating method using particle alignment according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.
  • the gas permeable substrate 10 is prepared and the adhesive polymer substrate 20 is formed thereon, and then the primary coating film 32 formed of the plurality of first particles 30 is formed on the adhesive polymer substrate 20. .
  • the method of forming the adhesive polymer substrate 20 and forming the primary coating layer 32 is as described above.
  • the adhesive polymer substrate is formed by applying light or an active gas to the mask 47 on which the mask pattern 48 is formed. 20) The area where the primary coating film 32 on the surface is formed is partially exposed. The surface of the adhesive polymer substrate 20 is covered with a primary coating film 32 composed of a plurality of first particles 30, but irradiated light or active gas is formed through a gap between the plurality of first particles 30. The adhesive polymer substrate 20 may be reached to expose the adhesive polymer substrate 20. When the first particles 30 are made of a material through which light or active gas can pass, the irradiated light or active gas can pass through the first particles 30 to reach the adhesive polymer substrate 20. .
  • the adhesive polymer substrate 10 is made of a PDMS material
  • the above-described light may be specifically applied to ultraviolet rays, but the present invention is not limited thereto, and the visible light or infrared rays may be determined depending on the material of the adhesive polymer substrate 10. Of course, it is also applicable.
  • the adhesive polymer substrate 20 is irradiated with light or an active gas, and as shown in FIG. 2B, the surface of the adhesive polymer substrate 20 is removed.
  • the adhesion of the exposed portion 24 irradiated with light or active gas is greater than that of the non-exposed portion 25 not irradiated with light or active gas. This is because the solubility is poor and the thermal properties and chemical resistance are significantly improved while the molecular weight is greatly increased by a reaction such as crosslinking or light dimerization by irradiation of the light or the active gas.
  • the hardness of the adhesive polymer substrate 20 is changed by the irradiation of light or active gas, or the bonding is performed with functional groups on the surface of the particle. Therefore, the first particles 30 positioned in the exposed portion 24 may maintain a state of being attached to the adhesive polymer substrate 20 with a stronger bonding force than the first particles 30 disposed in the non-exposed portion 25.
  • the adhesion force and the adhesive force of the adhesive polymer substrate 20 may be adjusted according to the irradiation time or irradiation intensity of the light or active gas.
  • a step of applying heat to the adhesive polymer substrate 20 may be further provided before or after forming the coating film 32 on the adhesive polymer substrate 20.
  • Such heating may also control the adhesion between the coating film 32 and the adhesive polymer substrate 20 similarly to the above-described irradiation of light or active gas, and specifically, the aforementioned adhesion may be adjusted according to a heat temperature or a heat applying method. .
  • the particle removing member 50 having the adhesion greater than the adhesion of the non-exposed portion 25 of the adhesive polymer substrate 20 and smaller than the adhesion of the exposed portion 24 may be formed using a primary coating film ( 32) Touch above and remove.
  • the first particles 30 disposed in the non-exposed portion 25 among the plurality of first particles 30 forming the primary coating layer 32 may have a particle removal member 50. Attached to and removed from the adhesive polymer substrate 20.
  • the particle removal member 50 As the particle removal member 50, a difference between polymer materials and adhesive strength such as polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene (PE, PE), and polyvinyl chloride (PVC), which have a difference in adhesion and relative adhesion on one surface, may be obtained. Branches may be used in various kinds such as scotch tape. For example, the particle removing member 50 may be applied to the low hardness 2 ⁇ 7% PDMS adhesive tape to utilize the removed particles.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PE polyethylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • Branches may be used in various kinds such as scotch tape.
  • the particle removing member 50 may be applied to the low hardness 2 ⁇ 7% PDMS adhesive tape to utilize the removed particles.
  • a first coating layer 32 having a predetermined pattern including first particles 30 positioned at is provided.
  • the adhesive polymer is coated by coating the first particles 30 and the second particles 34 on the surface of the adhesive polymer substrate 20 on which the plurality of first particles 30 are coated.
  • the secondary coating layer 35 is formed on the substrate 20.
  • the method of coating the plurality of second particles 34 is the same as the method of coating the plurality of first particles 30 described above on the adhesive polymer substrate 20, and the specific method thereof is as follows.
  • a plurality of dried second particles 34 are placed on the adhesive polymer substrate 20 on which the primary coating layer 32 is formed.
  • the second particles 34 a polymer, an inorganic material, a metal, a magnetic material, a semiconductor, a biological material, or the like may be used, and the specific types thereof are the same as described above.
  • pressure is applied on the plurality of second particles 34 to coat the second particles 34 on the non-exposed part 25 where the first particles 30 are not disposed.
  • the method of applying pressure to the second particles 34 is the same as the method used to coat the first particles 30 as described above, and includes latex, sponges, hands, rubber plates, plastic plates, materials having a smooth surface, and the like. A method of rubbing using may be used.
  • the mechanism in which the plurality of second particles 34 is coated on the adhesive polymer substrate 20 and 20 is the same as that of the aforementioned first particle 30 is coated on the adhesive polymer substrate 20.
  • the second particles 34 when the second particles 34 are placed on the adhesive polymer substrate 20 and then pressure is applied, the second particles 34 of the pressurized portion are attached through the deformation of the adhesive polymer substrate 20.
  • a plurality of second recesses 27 corresponding to the second particles 34 are formed in corresponding portions of the polymer substrate 20. Accordingly, while the second particles 34 are aligned with the non-exposed portions 25 of the adhesive polymer substrate 20 while the second particles 34 are wrapped in the second recessed portions 27, the non-exposed portions 25
  • a secondary coating film 25 composed of a plurality of second particles 34 is formed.
  • the second particles 34 may be aligned and coated on the adhesive polymer substrate 20 while the second particles 34 are partially accommodated in the empty first recesses 22 from which the first particles 30 are removed. have.
  • the concave portion is formed in the adhesive polymer substrate 20 by elastic deformation, when the particles accommodated in the concave portion are removed, the surface of the adhesive polymer substrate 20 may disappear to return to the smooth surface. have.
  • the plurality of second particles 34 are placed on the adhesive polymer substrate 20 and the pressure is applied to the non-exposed portion 25.
  • the second particles 34 may be coated while forming the second concave portion 27 corresponding to the second particles 34.
  • the first recesses 22 or the first Traces of the first recesses 22 may remain on the surface of the adhesive polymer substrate 20.
  • the newly coated second particles 34 are partially wrapped in the first concave portion 22, or the adhesive polymer substrate 20 is penetrated through the adhesive polymer substrate 20 at a position corresponding to the first concave portion 22. 20 may be attached.
  • the transfer substrate 45 may be formed by transferring the primary coating layer 32 and the secondary coating layer 35 formed on the adhesive polymer substrate 20 through the thermosetting coating layer 42. Can be transferred).
  • the secondary coating film 35 formed on the non-exposed part 25 of the adhesive polymer substrate 20 with the adhesive polymer substrate 20 Since the bonding force is smaller than the bonding force of the primary coating film 32 formed on the exposure part 24 with the adhesive polymer substrate 20, it is also possible to transfer only the secondary coating film 35 to another transfer substrate 45. That is, when the adhesion between the adhesive polymer substrate 20 and the particles and the adhesive force between the thermosetting coating liquid 40 and the particles through exposure are properly adjusted, as shown in FIG. 3, the non-exposed part of the adhesive polymer substrate 20 ( Only the secondary coating film 35 formed on the substrate 25 may be transferred to another transfer substrate 45 through the thermosetting coating layer 42.
  • the coating method using the particle alignment according to the present invention includes the exposure step, the partial particle removal step, the new particle coating step, the thermosetting coating solution coating and transfer substrate bonding step, the thermosetting coating solution drying step, the transfer step and the like as described above
  • various kinds of particles may be formed on the adhesive polymer substrate 20, and various coating films are arranged in a specific pattern, and then transferred to other transfer substrates.
  • the alignment pattern of each particle can be variously changed by varying the mask pattern 48 of the mask 47 used in the exposure step.
  • the light or the active gas is irradiated by partially irradiating light or the active gas on the adhesive polymer substrate 20 using the mask 47.
  • the adhesion force of the light portion 24 is increased, or heat is applied to the adhesive polymer substrate 20 to increase the adhesion force of the exposure portion 24, and the particles 30 positioned in the non-exposure portion 25 having relatively weak adhesion force are removed. By removing, the coating film of various patterns can be formed and transferred to the transfer substrate 45.
  • the secondary coating layer 32 is formed.
  • only the patterned primary coating film 32 is transferred by performing the steps of applying the thermosetting coating liquid and bonding the electronic substrate, drying the thermosetting coating liquid, and separating the thermosetting coating layer. Can be killed.
  • Figures 4a to 4d is a step by step showing another embodiment for forming a coating film of a predetermined pattern on the adhesive polymer substrate in the coating method using the particle alignment according to the present invention.
  • a detailed method of forming a coating film of a predetermined pattern on the adhesive polymer substrate will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4D.
  • the adhesive polymer substrate 20 is formed on the gas permeable substrate 10, and the adhesive polymer substrate is formed by applying light or an active gas to the mask 52 on which the mask pattern 53 is formed.
  • the surface of 20 is partially exposed.
  • the method of forming the adhesive polymer substrate 20 and the exposure principle are the same as described above.
  • by applying heat to the adhesive polymer substrate 20 it is also possible to adjust the adhesion between the particles described later and the adhesive polymer substrate 20.
  • the adhesive polymer substrate 20 is irradiated with light or an active gas, and as shown in FIG. 4B, the surface of the adhesive polymer substrate 20 is exposed.
  • the adhesion of the exposed portion 24 irradiated with light or active gas is greater than that of the non-exposed portion 25 irradiated with light or active gas.
  • the plurality of particles 30 are aligned to form a coating film on the adhesive polymer substrate 20. To form 32.
  • grains 30 and the specific method of forming the coating film 32 from the some particle 30 are as having mentioned above.
  • the particles 30 are positioned on the exposure part 24.
  • the bonding force of the particles 30 to the adhesive polymer substrate 20 is greater than the bonding force of the particles 30 on the non-exposed part 25 to the adhesive polymer substrate 20, and thus, the particles are positioned on the exposed part 24.
  • 30 is more tightly coupled to the adhesive polymer substrate 20 than the particles 30 located in the non-exposed portion 25.
  • the particle removing member 50 (see FIG. 2C) having an adhesion force greater than that of the non-exposed portion 25 of the adhesive polymer substrate 20 and smaller than that of the exposure portion 24 is used.
  • the coating film 32 having a pattern corresponding to the exposure pattern may be formed.
  • the coating film formed of various particles or formed in various patterns can be transferred to a substrate.
  • FIGS. 5A and 5C are SEM images of a particle transfer substrate in Experimental Example 1 of the present invention.
  • LLDPE Linear Low-Density Polyethylene
  • S100 Linear Low-Density Polyethylene
  • S200 the TiO 2 particles are lightly rubbed on one side of the film
  • S300 The particle coated surface of the LLDPE wrap is covered with a perforated petri dish and fixed using a fixing rubber band (S300).
  • High C &P's glass film coating with Silicate applied on EtOH is sufficiently sprayed on the single layer coating surface coated with TiO 2 (S500).
  • the glass substrate and the LLDPE wrap to which the particles are transferred are separated, and the secondary heating at 150 °C 20 minutes (S700).
  • FIG. 6a, 6b and 6c are photographs showing the Experimental Example 2 of the present invention step by step
  • FIG. 6d is an SEM image of the particle transfer substrate of Experimental Example 2 of the present invention.
  • the image on the right side in FIG. 6D is an enlarged image on the left side.
  • the paper is cut to the size of the petri dish, and then 20% weight based on the uncured Sylgard 184 (Dow Corning) product on the petri dish.
  • the PDMS solution formed by containing the negative curing agent was poured and then covered with paper thereon. Thereafter, the mixture was cured by heating at room temperature for 10 hours and heating at 60 ° C. for 3 hours.
  • the PDMS Paper was heated at 200 ° C. for 3 hours to coat the highly cohesive particles with a single layer.
  • the PDMS paper on the porous plate cover the washed glass on the surface of the PDMS paper coated with a glass film coating, and then evaporate the EtOH solution by adding 10 hours of room temperature drying and 3 hours of primary heating at 60 ° C. Then, after separating the PDMS paper from the glass, the glass substrate is transferred to a secondary heating for 1 hour at 200 °C to improve the substrate durability.
  • the mixture was dried at room temperature for 10 hours and heated at 60 ° C. for 3 hours to cure.
  • the cured PDMS paper was treated with UV at 185 nm for 0 minutes, 15 minutes, 30 minutes, and 60 minutes, respectively.
  • the PDMS Paper was placed on the porous plate, the glass was coated on the surface of the PDMS Paper coated with the coating film, and the EtOH solution was evaporated by adding 10 hours of normal temperature drying and 3 hours of primary heating at 60 ° C.
  • the glass substrate is transferred to a secondary heating for 1 hour at 200 °C to improve the substrate durability.
  • Figure 7e is a graph showing the results of Methylene blue decomposition experiments to determine the characteristics of the photocatalyst.
  • Methylene blue uses the property that the bond is broken by the photocatalytic effect and loses the initial blue color and becomes transparent. As shown in the graph of FIG. 7E and FIG. 7F, the longer the UV treatment time, the more transparent Methylene blue becomes, and thus the photocatalytic effect of TiO 2 can be seen.
  • 7G and 7H illustrate changes in photocatalyst properties according to chemical changes on a substrate, and the properties of the photocatalyst do not disappear even when acidic groups are exposed when near-neutral distilled water, acidic HCl and basic NaOH are added. You can check it.
  • Figure 7i shows the hardness of the substrate, the surface of the substrate is damaged even at low pencil hardness in the LBL method, but the substrate made by the above test method does not damage even in the case of pencil hardness 9H regardless of UV treatment time You can check it.
  • the coating method using the particle alignment according to the present embodiment forms a coating film by applying a pressure on the adhesive polymer substrate formed on the gas-permeable substrate without using a solvent or an adhesion aid, and then mediates the thermosetting coating layer. It is industrially useful, for example, to stably transfer to another transfer substrate.

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Abstract

본 발명은 입자 정렬을 이용하여 높은 밀도로 복수의 미세 입자를 단층 수준으로 코팅할 수 있는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은, (a) 기체 투과성을 갖는 제1 기판 상부에 복수의 입자를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계와, (b) 상기 코팅막이 형성된 상기 제1 기판의 표면에 코팅액을 도포하는 단계와, (c) 상기 코팅액 위에 제2 기판을 올려 상기 코팅액을 상기 제2 기판으로 덮는 단계와, (d) 상기 코팅액을 건조시켜 상기 코팅막이 부착된 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판
본 발명은 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 입자 정렬을 이용하여 높은 밀도로 복수의 미세 입자를 단층 수준으로 코팅할 수 있는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판에 관한 것이다.
나노미터 수준 또는 마이크로미터 수준의 미세 입자를 기재 위에 정렬하여 코팅하는 기술이 다양한 분야에서 요구되어 있다. 일례로, 이러한 코팅 기술은 기억 소자, 선형 및 비선형 광학 소자, 광전기 소자, 포토 마스크, 증착 마스크, 화학적 센서, 생화학적 센서, 의학적 분자 검출용 센서, 염료 감응 태양 전지, 박막 태양 전지, 세포 배양, 임플란트 표면 등에 적용될 수 있다.
미세 입자를 기재 위에서 정렬하여 코팅하는 기술로는 랭뮤어-블로드젯(Langmuir-Blodgett, LB) 방법(이하 "LB 방법")이 잘 알려져 있다. LB 방법에서는 용매 내에 미세 입자를 분산시킨 용액을 수면 위에 띄운 후에 물리적인 방법으로 압축하여 박막을 형성한다. 이러한 LB 방법을 이용한 기술은 국내공개특허 제10-2006-2146호 등에 개시되어 있다.
그런데 LB 방법에서는 용매 내에서 입자들이 자기 조립될 수 있도록 온도, 습도 등을 정밀하게 조절하여야 한다. 또한 기재 위에서 입자들의 표면 특성(예를 들어, 소수성, 전하 특성, 표면 거칠기) 등에 의하여 입자 이동에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라 입자가 서로 뭉쳐서 기판 위에 고르게 도포되지 않을 수 있다. 즉, 입자가 도포되지 않은 영역이 많을 수 있고, 뭉쳐진 입자가 서로 만나는 곳에서는 결정립계(grain boundary)가 형성되어 많은 결함이 위치할 수 있다.
본 발명은 상술한 것과 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 방법에 의하여 입자를 기판 위에 고르게 정렬하여 코팅할 수 있는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 방법에 의하여 복수의 입자가 일정한 패턴으로 정렬된 코팅막을 형성할 수 있는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단한 방법에 의하여 이종의 입자들이 각각 일정한 패턴으로 정렬된 코팅막을 형성할 수 있는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은, (a) 기체 투과성을 갖는 제1 기판 상부에 복수의 입자를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계와, (b) 상기 코팅막이 형성된 상기 제1 기판의 표면에 코팅액을 도포하는 단계와, (c) 상기 코팅액 위에 제2 기판을 올려 상기 코팅액을 상기 제2 기판으로 덮는 단계와, (d) 상기 코팅액을 건조시켜 상기 코팅막이 부착된 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은, (a) 기체 투과성 기판을 준비하는 단계와, (b) 상기 기체 투과성 기판 위에 복수의 입자를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계와, (c) 마스크 패턴이 형성된 마스크를 대고 상기 기체성 투과성 기판을 향해 빛 또는 활성기체를 조사하여 상기 기체 투과성 기판의 표면을 부분적으로 노광 또는 노출함으로써, 상기 기체 투과성 기판 표면의 빛 또는 활성기체가 조사된 영역의 부착력을 변화시키는 단계와, (d) 상기 기체 투과성 기판의 빛 또는 활성기체가 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 부착력 차이를 이용하여 상기 코팅막을 형성하는 상기 복수의 입자에서 비노광부 또는 노광부에 배치된 입자들을 입자의 함침정도 및 입자 제거부재의 부착력 정도를 이용하여 상기 기체 투과성 기판으로부터 선택적으로 제거하는 단계와, (e) 상기 코팅막이 형성된 상기 기체 투과성 기판 표면에 코팅액을 도포하는 단계와, (f) 상기 코팅액 위에 기체 비투과성 기판을 올려 상기 코팅액을 덮는 단계와, (g) 상기 코팅액에 포함된 용매를 상기 기체 투과성 기판을 투과하여 증발시켜 건조시킴으로써, 상기 코팅막이 부착되어 고체 상태로 경화된 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은 용매 또는 부착 보조제를 사용하지 않고 건조 상태의 입자들을 기체 투과성 기판상에 형성된 밀착성 고분자 기판 위에서 압력을 가하는 과정을 통해 코팅막을 형성하고, 이후 열경화성 코팅층을 매개로 다른 전사 기판에 안정적으로 전사할 수 있다. 밀착성 고분자 기판에 입자를 코팅하는 과정에서, 밀착성 고분자 기판에 입자가 접촉하면, 유연성을 지닌 밀착성 고분자 기판의 표면이 표면 장력의 영향으로 입자의 일부를 감싸는 형태로 변형이 된다. 이에 따라 밀착성 고분자 기판의 표면상에서 입자에 대응하는 오목부가 형성되어 결합 특성이 향상된다. 밀착성 고분자 기판 표면의 형태 변형의 가역적인 특성은 기판상에 접촉된 입자들의 이차원적인 움직임을 용이하게 하여 입자의 분포가 쉽게 재배열될 수 있도록 한다.
이러한 형태 변형을 통한 입자 부착성의 향상은 입자 표면 특성 및 고분자 기판의 종류에 따른 의존성을 낮추어 다양한 표면 특성의 입자를 단층으로 코팅할 수 있도록 한다. 따라서 종래와 같이 코팅막 형성 시, 자기조립 및 스핀코팅 시에 요구되는 세밀한 온도, 습도, 입자농도 등의 환경 조절이 필요하지 않으며, 폭 넓은 환경 및 조건에서 다양한 표면 특성을 지닌 입자들을 용이하게 코팅할 수 있다. 입자가 전하성을 띄거나 수소결합이 용이한 물질인 경우뿐만 아니라, 비전하성 및 소수성인 물질인 경우에도 높은 밀도로 균일하게 단층 입자 코팅이 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 단순한 방법에 의하여 밀착성 고분자 기판 위에 입자들이 고르게 분포되어 높은 밀도를 가지는 단층 수준의 코팅막을 손쉽게 형성하고, 이를 열경화성 코팅층을 매개로 유리 기판, 반도체 기판, 폴리머 기판 등의 다른 전사 기판에 안정적으로 전사할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은 마스크를 이용하여 밀착성 고분자 기판 위에 부분적으로 빛 또는 활성기체를 조사하여 빛 또는 활성기체가 조사된 노광부의 부착력을 증가시키고, 상대적으로 부착력이 약한 비노광부에 위치하는 입자를 제거함으로써, 다양한 패턴의 코팅막을 손쉽게 형성하고, 이를 다른 전사 기판에 안정적으로 전사할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 단계별로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 다른 실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 단계별로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 이용하여 전사 기판에 코팅막을 형성한 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법에서 밀착성 고분자 기판에 일정 패턴의 코팅막을 형성하는 다른 실시예를 단계별로 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명의 실험예 1을 단계적으로 나타낸 도면이고, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실험예 1에서 입자전이 기판의 SEM 이미지이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 실험예 2를 단계적으로 나타낸 사진이고, 도 6d는 본 발명의 실험예 2예서 입자전이 기판의 SEM 이미지이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실험예 3에서 UV 처리 시간에 따른 비교를 나타내는 이미지이고, 도 7c는 UV 처리시간에 따른 투과도 변화를 나타내는 그래프이며, 도 7d는 UV 처리시간에 따른 선명도를 나타내는 사진이고, 도 7e는 Methylene blue 분해실험 결과를 나타낸 그래프이며, 도 7f는 UV 처리 시간에 따른 Methylene blue의 투명도를 나타내는 사진이고, 도 7g 및 도 7h는 기판에 화학적인 변화에 따른 광촉매 특성의 변화를 그래프이며, 도 7i는 UV 처리시간에 따른 기판의 경도를 나타낸 사진이며, 도 7j는 사이즈 변화에 따른 굴절률을 비교한 사진이다.
<도면 부호의 설명>
10 : 기체 투과성 기판 20 : PDMS 기판
22, 27 : 오목부 24 : 노광부
25 : 비노광부 30, 34 : 입자
32, 35 : 코팅막 40 : 열경화성 코팅액
42 : 열경화성 코팅층 45 : 전사 기판
47, 52 : 마스크 50 : 입자 제거부재
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 단계별로 나타낸 것으로, 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 기체 투과성 기판(10)을 준비하고, 기체 투과성 기판(10) 위에 액상 밀착성 고분자를 도포한 후 건조하여 밀착성 고분자 기판(20)을 형성한다. 여기서, 기체 투과성 기판(10)은 기체가 투과할 수 있는 특성을 가지며, 예를 들어, 한지, 티슈, 골판지, 하드보드지, 다공성 필름과 같은 것이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기체 투과성 기판(10)과 같이 밀착성 고분자 기판(20) 역시 기체가 투과할 수 있는 특성이 있다.
본 발명의 실시예에서, 밀착성 고분자 기판(20)은 폴리메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 선형저밀도폴리에틴렌(LLPDE), 폴리염화비닐(PVC) 등과 같은 고분자 물질을 적어도 하나 이상 포함한다. 한편, 조직 구조가 치밀하지 않고 유연한 고분자 물질은 기체 투과 특성을 갖게 되며, 이와 같이 유연한 고분자 물질은 기체 투과성 기판(10)에 사용 가능한 밀착성 고분자로서 적용 가능하게 된다.
기체 투과성 기판(10) 위에 형성된 밀착성 고분자 기판(20)의 표면은 특정한 패턴이나 굴곡이 형성되지 않은 상태를 가질 수 있으며, 이 위에서 코팅막(32;도 1c 참조)을 형성하는 입자(30;도 1c 참조)의 이동을 제한하지 않는 수준의 표면 거칠기 및 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서는, 기체 투과성 기판(10) 및 기체 투과성 기판의 일면에 마련되는 밀착성 고분자 기판(20)을 포함하여 제1 기판이라 명한다.
본 실시예에서 밀착성 고분자 기판(20)은 부착성이 존재하는 다양한 밀착성 고분자 물질을 포함한다. 밀착성 고분자는 일반적으로 통용되는 점착성을 갖지 않으므로 점착제와는 구별된다. 적어도 밀착성 고분자는 '스카치 매직™ 테이프'의 점착제가 갖는 점착력 약 0.6 kg/inch(ASTM D 3330 평가) 보다 낮은 값의 부착력을 갖는다. 또한 밀착성 고분자는 별도의 지지체 없이도 상온에서 고체상태(기판 또는 필름 등)의 형상을 유지할 수 있다.
여기에서, 밀착성 고분자 물질은 일반적으로 고체 상태의 실리콘을 포함하거나, 가소제 첨가 또는 표면 처리를 통해 부착 특성이 부여된 유기 고분자 물질을 지칭하는 것이다. 여기에서, 밀착성 고분자 물질은 일반적으로 선형 분자구조에 의하여 형태의 변형이 용이하며 낮은 표면 장력을 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 밀착성 고분자 물질의 우수한 부착성은 미세 영역에서의 표면 변형이 용이한 부드러운(유연성) 표면 재질과 낮은 표면 장력 등에 기인한다. 밀착성 고분자 물질의 낮은 표면 장력은 부착하고자 하는 입자(30)에 넓게 활착하려는 특성을 가져오며(용액의 젖음 현상과 유사), 유연성을 지닌 표면은 부착하고자 하는 입자(30)와 빈틈없는 접촉이 이루어지도록 한다. 이를 통해 상보적인 결합력 없이 가역적으로 고체 표면에 탈부착이 용이한 부착성 폴리머의 특성을 지니게 된다.
대표적인 밀착성 고분자 물질인 PDMS와 같은 실리콘 기반 고분자 물질의 표면 장력은 20 ~ 23 dynes/cm 정도로, 가장 낮은 표면 장력 물질로 알려진 Teflon(18dynes/cm)에 근접한다. 그리고 밀착성 고분자, 예를 들어 실리콘 기반 고분자 물질의 표면 장력은 대부분의 유기 폴리머(35 ~ 50 dynes/cm), 천연재료인 면(綿, 73 dynes/cm), 금속(일례로, 은(Ag, 890 dynes/cm), 알루미늄(Al, 500 dynes/cm), 무기 산화물(일례로, 유리(1000 dynes/cm), 철 산화물(1357 dynes/cm)보다 낮은 값을 보인다.
계속해서, 앞서 설명한 것과 같이 밀착성 고분자 기판(20)을 형성한 후, 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이, 복수의 입자(30)를 정렬하여 밀착성 고분자 기판(20) 위에 코팅막(32)을 형성한다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1b에 도시한 바와 같이, 밀착성 고분자 기판(20) 위에 건조된 복수의 입자(30)를 올린다. 본 실시예와 달리 용액 상에 분산되어 있는 입자는 밀착성 고분자 표면과 직접적인 접촉이 이루어지기 어려워서 코팅이 잘 이루어 지지 않는다. 따라서 사용하는 입자의 질량보다 적은 미량의 용액이나 휘발성 용매를 이용한 경우에만 코팅 작업 중 입자가 건조되어 코팅 작업이 가능할 수 있다.
본 실시예에서 입자(30)는 코팅막(32)을 형성하기 위한 다양한 물질을 포함할 수 있다. 즉, 입자(30)는 고분자, 무기물, 금속, 자성체, 반도체, 생체 물질 등을 포함할 수 있다. 또한 다른 성질을 갖는 입자들을 혼합된 것이 입자(30)로 이용될 수 있다.
입자(30)로 이용될 수 있는 고분자로는 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴레이트, 폴리바이닐클로라이드(PVC), 폴리알파스티렌, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리페닐메타클릴레이트, 폴리다이페닐메타크릴레이트, 폴리사이클로헥실메타클릴레이트, 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 등이 있다.
입자(30)로 이용될 수 있는 무기물로는, 실리콘 산화물(일례로, SiO2), 인산은(일례로, Ag3PO4), 티타늄 산화물(일례로, TiO2), 철 산화물 (일례로, Fe2O3), 아연 산화물, 세륨 산화물, 주석 산화물, 탈륨 산화물, 바륨 산화물, 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 구리산화물, 니켈 산화물 등이 있다.
입자(30)로 이용될 수 있는 금속으로는, 금, 은, 동, 철, 백금, 알루미늄, 백금, 아연, 세륨, 탈륨, 바륨, 이트륨, 지르코늄, 주석, 티타늄, 또는 이들의 합금 등이 있다.
입자(30)로 이용될 수 있는 반도체로는, 실리콘, 게르마늄, 또는 화합물 반도체(일례로, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb 등) 등이 있다.
입자(30)로 이용될 수 있는 생체 물질로는, 단백질, 펩티드, 리보핵산(RNA), 데옥시리보핵산(DNA), 다당류, 올리고당, 지질, 세포 및 이들의 복합체 물질들의 입자 또는 표면에 코팅된 입자, 내부에 포함한 입자 등이 있다. 일례로, protein A라는 항체 결합 단백질이 코팅된 폴리머 입자가 입자(30)로 사용될 수 있다.
입자(30)는 대칭 형상, 비대칭 형상, 무정형, 다공성의 형상을 가질 수 있다. 일례로, 입자(30)는 구형, 타원형, 반구형, 큐브형, 사면체, 오면체, 육면체, 팔면체, 기둥형, 뿔형 등을 가질 수 있다. 이 중에서 입자(30)의 형태로는 구형 또는 타원형이 다른 형태에 비해 바람직하다.
이러한 입자(30)는 평균 입경이 10nm 내지 100㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로 10nm 내지 50㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 10nm 미만일 경우에는, 코팅 시 밀착성 고분자 기판(20)에 의하여 전체적으로 감싸지는 형태가 될 수 있어 입자(30)를 단층 수준으로 코팅하는 것이 어려워질 수 있다. 또한 입자(30)의 평균 입경이 10nm미만인 경우에는 건조 상태에서도 입자들이 서로 응집할 수 있어, 문지르는 힘만으로는 입자가 개별적으로 이동하는 것이 어려울 수 있다. 입자(30)의 평균 입경이 100㎛을 초과하는 경우에는 입자의 부착이 약하게 나타날 수 있다. 여기에서, 입자(30)의 평균 입경은 50nm 내지 10㎛인 것이 좀더 바람직할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 입자(30)의 평균 입경은 입자(30)를 구성하는 물질이나, 밀착성 고분자 기판(20)을 구성하는 물질 등에 따라 달라질 수 있다. 여기에서, 입자(30)가 구형인 경우에는 입자(30)의 지름이 입경으로 사용될 수 있다. 반면, 입자(30)가 구형이 아닐 경우에는 다양한 계측법이 사용될 수 있는데, 일례로, 장축과 단축의 평균값을 입경으로 사용할 수 있다.
계속해서, 도 1c에 도시한 바와 같이, 복수의 입자(30) 위에서 압력을 가하여 코팅막(32)을 형성한다. 입자(30)에 압력을 가하는 방법으로는 라텍스, 스폰지, 손, 고무판, 플라스틱 판, 부드러운 표면을 가지는 재료 등을 이용하여 문지르는(rubbing) 방법이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 입자(30)에 압력을 가할 수 있다.
본 실시예에서 밀착성 고분자 기판(20)의 표면 위에 입자들(30)을 올린 후에 압력을 가하면 압력이 가해진 부분의 입자들(30)이 밀착성 고분자 기판(20)의 변형을 통해 부착된다. 이에 의하여 해당 부분에 입자들(30)에 각기 대응하는 복수의 오목부(22)가 형성된다. 따라서 오목부(22)에 입자(30)가 감싸인 상태에서 밀착성 고분자 기판(20)에 입자들(30)이 정렬된다.
오목부(22)는 입자와 기판 간 상호작용에 의해 형성되는 것으로 가역적이다. 즉, 소멸될 수도 있으며, 위치가 이동될 수 있다. 일례로, 문지르는 과정에서 입자가 이동하게 되면 밀착성 고분자 기판(20)의 탄성 복원력에 의해 오목부(22)가 사라지거나, 입자(30)의 이동에 따라 오목부(22)도 위치가 변경될 수 있다. 이러한 가역적 작용에 의해 입자(30)가 고르게 정렬될 수 있다(여기서의 "가역적"은 코팅 시 밀착성 고분자 기판 표면의 유연성 및 탄성 복원력에 의해 발생되는 특성이므로, 밀착성 고분자 기판의 복원력이 시간이 지남에 따라 약해지거나 소멸되는 경우도 포함되는 넓은 의미이다).
밀착성 고분자 기판(20)과의 결합이 이루어지지 않은 입자들(30)은 문지르는 힘 등에 의하여 밀착성 고분자 기판(20)의 입자(30)가 코팅되지 않은 영역으로 이동하게 되고, 코팅되지 않은 부분에 입자(30)에 의하여 오목부(22)가 형성된다. 그리고 새로 형성된 오목부(22)에 입자(30)가 감싸인 상태에서 밀착성 고분자 기판(20)과 입자(30)의 결합이 이루어진다. 이러한 과정을 거쳐 밀착성 고분자 기판(20)에 높은 밀도로 단층 수준의 코팅막(32)이 형성된다.
여기에서, 오목부(22)는 입자(30)의 일부를 감싸도록 입자(30)의 외곽 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 입자(30)가 구형인 경우에는 오목부(22)도 구면(球面) 형상을 가져 오목부(22)에 입자(30)의 일부분이 밀착될 수 있다. 그리고 오목부(22)의 깊이(L1)는 밀착성 고분자 기판(20)의 경도, 입자(30)의 형태, 경도, 환경 요인(일례로, 온도) 등에 따라 달라질 수 있다. 즉, 밀착성 고분자 기판(20)의 경도가 커질수록 오목부(22)의 깊이(L1)가 작아지고, 온도가 증가할수록 오목부(22)의 깊이(L1)가 커질 수 있다.
입자(30)의 평균 입경(D)에 대한 오목부(22)의 깊이(L1)의 비율(침하율)(L1/D)은 0.02 ~ 0.7인 것이 바람직하다. 상기 비율(L1/D)이 0.02 미만인 경우에는 입자(30)와 밀착성 고분자 기판(20)과의 결합력이 충분하지 않을 수 있고, 0.7을 초과하는 경우에는 입자들(30)이 단층 수준으로 코팅되기 어려울 수 있다. 결합력 및 코팅 특성 등을 좀더 고려하면, 상기 비율(L1/D)은 0.05 ~ 0.6, 좀더 상세하게는, 0.08 ~ 0.4인 것이 더욱 바람직하다.
본 실시예에서와 같이, 탄성 변형에 의하여 생긴 오목부(22)에 의하여 각각의 입자(30)의 일부분이 감싸지게 되면, 입자(30)와 밀착성 고분자 기판(20)이 좀더 잘 결합할 수 있다. 그리고 밀착성 고분자 기판(20)에 결합된 입자들(30)도 주변의 코팅되지 않은 부분으로 이동이 가능하여 새로운 입자(30)가 밀착성 고분자 기판(20)의 표면의 빈 오목부(22)에 부분적으로 수용될 수 있다. 이러한 재배열 특성에 따라 코팅막(32)이 높은 밀도로 단층 수준으로 코팅될 수 있다. 일례로, 입자들(30)은 각각의 중심이 육각형의 형상을 이루도록 배치될 수 있다.
한편, 입자(30)가 비구형일 경우(예를 들어, Ag3PO4)에는 다양한 방법에 의하여 단층 수준인지 여부를 판별할 수 있다. 일례로, 입자들(30) 중 상위 10% 입자들(즉, 입경이 10% 이내로 큰 입자들)의 평균 입경에 대한 코팅막(32) 두께의 평균값의 비율이 1.9 이하일 경우를 단층 수준으로 코팅된 것을 볼 수 있다.
밀착성 고분자 기판(20)에 코팅막(32)을 형성한 후, 도 1d에 도시된 것과 같이, 코팅막(32)이 형성된 밀착성 고분자 기판(20) 표면에 코팅액(40)을 도포한다. 여기에서, 코팅액(40)은 상온 또는 열을 가한 상태에서 건조에 의하여 경화되는 성질을 가지는 코팅액(이하 '열경화성 코팅액'이라 한다)이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.
계속해서, 밀착성 고분자 기판(20)에 열경화성 코팅액(40)을 도포한 후, 도 1e에 도시된 것과 같이, 열경화성 코팅액(40) 위에 기체 비투과성의 전사 기판(45)을 올려 열경화성 코팅액(40)을 전사 기판(45)으로 덮은 상태에서, 열경화성 코팅액(40)을 건조시킨다. 여기에서, 기체 비투과성의 전사 기판(45)으로는 유리 기판, 반도체 기판, 폴리머 기판 등 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는, 전술한 제1 기판에 대응하여 기체 비투과성의 전사 기판(45)을 제2 기판으로 명한다.
열경화성 코팅액(40)을 건조시킴에 있어서, 전사 기판(45)을 밀착성 고분자 기판(20) 쪽으로 가압하면서 자연 건조시키거나, 전사 기판(45)을 PDMS 기판(20) 쪽으로 가압하면서 열을 가하는 방법이 이용될 수 있다.
구체적으로, 열경화성 코팅액(40)을 건조시키기 위해서는, 열경화성 코팅액(40) 속의 용매에 기포가 발생하지 않고 천천히 건조될 수 있는 조건이 필요하다. 일 예로, 이러한 건조 조건은 상온의 온도 조건과 대략 12시간 내지 24시간 동안 건조 시간이 요구될 수 있으며, 덧붙이자면 밀착성 고분자 기판(20)의 두께가 일정 이상 얇거나 기체 투과성 기판(10)을 다공성 지지체로 사용하는 경우 건조 시간은 더욱 단축될 수 있다. 또한 열을 가하는 경우 역시 건조 시간은 단축될 수 있다.
이렇게 열경화성 코팅액(40)을 건조시킬 때, 열경화성 코팅액(40) 속의 용매가 밀착성 고분자 기판(20)과 기체 투과성 기판(10)을 차례로 투과하여 외부로 방출된다. 기체 투과성 기판(10)이 또 다른 베이스 기판 등의 바닥면에 놓인 상태에서 건조가 진행되는 경우, 기체 투과성 기판(10)의 하부로는 기체가 통과할 수 없으므로, 증발된 용매는 기체 투과성 기판(10)의 가장자리 측면 쪽으로 방출된다.
이와 같이, 열경화성 코팅액(40) 중의 용매를 증발시키면 열경화성 코팅액(40)이 건조된 고체상의 열경화성 코팅층(42)이 형성되는데, 이러한 열경화성 코팅층(42)은 전사 기판(45)에 단단히 부착되고, 열경화성 코팅층(42)에 형성된 코팅막(32)은 밀착성 고분자 기판(20)과의 결합력보다 큰 결합력으로 열경화성 코팅층(42)에 단단히 부착된다.
본 실시예에서, 열경화성 코팅액(40), 즉 코팅액층은 건조 과정시 밀착성 고분자 기판(20) 및 코팅막(32)의 형태 변화가 발생하지 않도록 하는 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
계속해서, 도 1f에 도시된 것과 같이, 열경화성 코팅층(42)을 전사 기판(45)과 함께 밀착성 고분자 기판(20)으로부터 분리하면, 코팅막(32)도 열경화성 코팅층(42)에 부착된 상태로 밀착성 고분자 기판(20)으로부터 분리됨으로써, 전사 기판(45)과 열경화성 코팅층(42) 및 코팅막(32)으로 이루어진 입자 코팅 기판(46)을 얻을 수 있다.
한편, 코팅막(32)을 형성하는 복수의 입자(30)가 빠져나간 밀착성 고분자 기판(20)의 표면에는 복수의 오목부(22)가 남게 되는데, 이 오목부(22)는 시간이 흐르면 사라질 수 있다. 따라서 코팅막(32)을 전사 기판(45)으로 전사한 후, 열경화성 코팅액 도포 및 전사 기판 결합 단계, 열경화성 코팅액 건조 단계, 코팅막 전사 단계 등을 반복적으로 수행함으로써, 기체 투과성 기판(10) 위에 형성된 하나의 밀착성 고분자 기판(20)으로 입자 코팅 기판을 반복적으로 만들 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은 기체 투과성 기판(10) 위에 형성된 밀착성 고분자 기판(20) 상에 용매를 사용하지 않고 건조 상태의 입자들(30)이 밀착성 고분자 기판(20) 위에 직접 접촉하도록 한 상태에서 압력을 가하여 코팅막(32)을 형성하고, 이를 유리 기판, 반도체 기판, 폴리머 기판 등 다양한 전사 기판(45)으로 안정적으로 전사할 수 있다. 이에 따라 종래에 비해 코팅막 형성 시, 용매 내에서의 입자들의 자기 조립이 요구되지 않으므로 온도, 습도 등을 정밀하게 조절하지 않아도 되며 입자들의 표면 특성에 큰 영향을 받지 않는다. 즉, 입자가 전하성 물질인 경우뿐만 아니라, 비전하성(즉, 전하적으로 중성에 가까운) 물질인 경우에도 높은 밀도로 균일하게 코팅이 이루어질 수 있다. 또한 친수성 입자뿐만 아니라, 소수성 입자도 균일하게 코팅이 가능하다. 이와 같이 본 발명에 따르면 단순한 방법에 의하여 밀착성 고분자 기판(20) 위에 입자들(30)을 고르게 분포시켜 높은 밀도를 가지는 단층 수준의 코팅막(32)을 형성하고, 이를 다른 전사 기판(45)으로 안정적으로 전사할 수 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 다른 실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 단계별로 나타낸 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법을 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기체 투과성 기판(10)을 준비하고 그 위에 밀착성 고분자 기판(20)을 형성한 후, 밀착성 고분자 기판(20) 위에 복수의 제 1 입자(30)로 이루어진 1차 코팅막(32)을 형성한다. 이러한 밀착성 고분자 기판(20) 형성 및 1차 코팅막(32) 형성 단계의 구체적인 방법은 상술한 것과 같다.
밀착성 고분자 기판(20) 위에 1차 코팅막(32)을 형성한 후, 도 2a에 도시된 것과 같이, 마스크 패턴(48)이 형성된 마스크(47)를 대고 빛 또는 활성기체를 조사하여 밀착성 고분자 기판(20) 표면의 1차 코팅막(32)이 형성된 영역을 부분적으로 노광시킨다. 밀착성 고분자 기판(20)의 표면은 복수의 제 1 입자(30)로 이루어진 1차 코팅막(32)으로 덮여있지만, 조사되는 빛 또는 활성기체는 복수의 제 1 입자(30) 사이사이의 틈새를 통해 밀착성 고분자 기판(20)에 도달하여 밀착성 고분자 기판(20)을 노광시킬 수 있다. 그리고 제 1 입자(30)가 빛 또는 활성기체가 투과할 수 있는 물질로 이루어지는 경우에는, 조사되는 빛 또는 활성기체가 제 1 입자(30)를 투과하여 밀착성 고분자 기판(20)에 도달할 수 있다.
본 실시예에서, 일 예로 밀착성 고분자 기판(10)이 PDMS 재질로 이루어진 경우 전술한 빛은 구체적으로 자외선으로 적용 가능하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 밀착성 고분자 기판(10)의 재질에 따라 가시광선 또는 적외선으로도 적용 가능함은 물론이다.
이와 같이, 마스크(47)를 밀착성 고분자 기판(20) 위에 배치한 상태에서 밀착성 고분자 기판(20)에 빛 또는 활성기체를 조사하면, 도 2b에 도시된 것과 같이, 밀착성 고분자 기판(20) 표면의 빛 또는 활성기체를 조사받은 노광부(24)의 부착력은 빛 또는 활성기체를 조사받지 못한 비노광부(25)의 부착력보다 커진다. 이는 상기 빛 또는 활성기체의 조사에 의해 가교, 광이량화 등의 반응으로 분자량이 크게 증가하면서 용해성이 떨어지고 열적 특성, 내화학성이 현저하게 좋아지기 때문이다. 또한 빛 또는 활성기체의 조사에 의해 밀착성 고분자 기판(20)의 경도가 변화하거나 입자표면의 작용기들과 결합이 이루어지게 된다. 따라서 노광부(24)에 위치한 제 1 입자(30)는 비노광부(25)에 위치한 제 1 입자(30)에 비해 강한 결합력으로 밀착성 고분자 기판(20)에 부착된 상태를 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 빛 또는 활성기체의 조사 시간 또는 조사 세기에 따라 밀착성 고분자 기판(20)의 부착력 및 부착력이 변화된 면적을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 밀착성 고분자 기판(20) 상부에 코팅막(32)을 형성하기 전 또는 코팅막(32)을 형성한 후, 밀착성 고분자 기판(20)에 열을 가하는 단계가 더 마련될 수도 있다. 이러한 가열 또한, 전술한 빛 또는 활성기체의 조사와 유사하게 코팅막(32)과 밀착성 고분자 기판(20)의 부착력을 조절할 수 있으며, 구체적으로 열의 온도 또는 열 부여 방식에 따라 전술한 부착력이 조절 가능하다.
계속해서, 도 2c에 도시된 것과 같이, 밀착성 고분자 기판(20)의 비노광부(25)의 부착력보다 크고 노광부(24)의 부착력보다 작은 부착력을 갖는 입자 제거부재(50)를 1차 코팅막(32) 위에 접촉시켰다 떼어낸다. 이때, 도 2d에 도시된 것과 같이, 1차 코팅막(32)을 형성하는 복수의 제 1 입자(30) 중에서 비노광부(25)에 배치된 제 1 입자들(30)은 입자 제거부재(50)에 부착되어 밀착성 고분자 기판(20)으로부터 제거된다. 입자 제거부재(50)로는 일면에 밀착성 및 상대적인 부착력의 차이를 가지는 폴리메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC)등의 고분자 물질 및 접착력의 차이를 가지는 스카치 테이프와 같은 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다. 일 예로, 입자 제거부재(50)는 제거된 입자를 활용하기 위해서 경도가 낮은 2 ~ 7% PDMS 접착 테이프로 적용될 수도 있다.
이와 같이, 입자 제거부재(50)를 이용하여 밀착성 고분자 기판(20)의 비노광부(25)에 위치하는 제 1 입자들(30)을 제거하면, 밀착성 고분자 기판(20)에는 노광부(24)에 위치하는 제 1 입자들(30)로 이루어진 일정 패턴의 1차 코팅막(32)이 마련된다.
계속해서, 도 2e에 도시된 것과 같이, 복수의 제 1 입자(30)가 코팅된 밀착성 고분자 기판(20)의 표면에 제 1 입자(30)와 다른 제 2 입자(34)를 코팅하여 밀착성 고분자 기판(20) 상에 2차 코팅막(35)을 형성한다. 복수의 제 2 입자(34)를 코팅하는 방법은, 앞서 설명한 복수의 제 1 입자(30)를 밀착성 고분자 기판(20)에 코팅하는 방법과 같은 것으로, 그 구체적인 방법은 다음과 같다.
먼저, 1차 코팅막(32)이 형성된 밀착성 고분자 기판(20) 위에 건조된 복수의 제 2 입자(34)를 올린다. 제 2 입자(34)로는 고분자, 무기물, 금속, 자성체, 반도체, 생체 물질 등이 이용될 수 있으며, 이들 각각의 구체적인 종류는 상술한 것과 같다. 그리고 복수의 제 2 입자(34) 위에서 압력을 가하여 제 2 입자(34)를 제 1 입자(30)가 배치되지 않은 비노광부(25)에 코팅한다. 제 2 입자(34)에 압력을 가하는 방법은 앞서 설명한 것과 같이 제 1 입자(30)를 코팅할 때 사용하는 방법과 같은 것으로, 라텍스, 스폰지, 손, 고무판, 플라스틱 판, 부드러운 표면을 가지는 재료 등을 이용하여 문지르는 방법이 이용될 수 있다. 복수의 제 2 입자(34)가 밀착성 고분자 기판(20)(20)에 코팅되는 메커니즘은 앞서 설명한 제 1 입자(30)가 밀착성 고분자 기판(20)에 코팅되는 원리와 같다.
즉, 밀착성 고분자 기판(20)의 위에 제 2 입자들(34)을 올린 후에 압력을 가하면 압력이 가해진 부분의 제 2 입자들(34)이 밀착성 고분자 기판(20)의 변형을 통해 부착되며, 밀착성 고분자 기판(20)의 해당 부분에 제 2 입자들(34)에 각기 대응하는 복수의 제 2 오목부(27)가 형성된다. 따라서 제 2 오목부(27)에 제 2 입자(34)가 감싸인 상태에서 밀착성 고분자 기판(20)의 비노광부(25)에 제 2 입자들(34)이 정렬되면서, 비노광부(25)에 복수의 제 2 입자(34)로 이루어진 2차 코팅막(25)이 형성된다. 물론, 제 1 입자(30)가 빠져나간 빈 제 1 오목부(22)에 제 2 입자(34)가 부분적으로 수용되면서 제 2 입자(34)가 밀착성 고분자 기판(20)에 정렬 및 코팅될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 탄성 변형에 의하여 밀착성 고분자 기판(20)에 오목부가 형성되므로, 오목부에 수용되었던 입자가 제거되면, 밀착성 고분자 기판(20)의 표면이 오목부가 소멸되어 매끈한면으로 복귀될 수 있다. 이렇게 제 1 입자(30)가 수용되었던 제 1 오목부(22)가 가역적으로 소멸된 상태에서, 복수의 제 2 입자(34)를 밀착성 고분자 기판(20) 위에 올리고 이에 압력을 가해 비노광부(25)에 제 2 입자(34)에 대응하는 제 2 오목부(27)를 형성하면서 제 2 입자(34)를 코팅할 수도 있다.
물론, 1차 코팅막(32)이 형성된 후 오랜 시간이 지난 후에 제 1 입자(30)가 제 1 오목부(22)에서 제거된 경우에는, 앞서 설명한 것과 같이, 제 1 오목부(22) 또는 제 1 오목부(22)의 흔적이 밀착성 고분자 기판(20)의 표면에 남아있을 수도 있다. 이 경우, 새로 코팅되는 제 2 입자(34)는 제 1 오목부(22)에 부분적으로 감싸지거나, 제 1 오목부(22)에 대응하는 위치에서 밀착성 고분자 기판(20)을 파고들어 밀착성 고분자 기판(20)에 부착될 수 있다.
이렇게 밀착성 고분자 기판(20) 위에 1차 코팅막(32) 및 2차 코팅막(35)을 형성한 후, 앞서 설명한 것과 같은 열경화성 코팅액 도포 및 전사 기판 결합 단계와, 열경화성 코팅층 분리 단계 등의 단계(도 1d ~ 도 1f)를 수행하면, 도 2f에 도시된 것과 같이, 밀착성 고분자 기판(20)에 형성된 1차 코팅막(32) 및 2차 코팅막(35)을 열경화성 코팅층(42)을 매개로 전사 기판(45)으로 전사할 수 있다.
밀착성 고분자 기판(20)에 형성된 코팅막을 다른 전사 기판(45)으로 전사함에 있어서, 밀착성 고분자 기판(20)의 비노광부(25)에 형성된 2차 코팅막(35)의 밀착성 고분자 기판(20)과의 결합력은 노광부(24)에 형성된 1차 코팅막(32)의 밀착성 고분자 기판(20)과의 결합력보다 작으므로, 2차 코팅막(35)만을 다른 전사 기판(45)으로 전사하는 것도 가능하다. 즉, 노광을 통한 밀착성 고분자 기판(20)과 입자의 결합력과, 열경화성 코팅액(40)과 입자의 결합력을 적절하게 조절하면, 도 3에 도시된 것과 같이, 밀착성 고분자 기판(20)의 비노광부(25)에 형성된 2차 코팅막(35)만 열경화성 코팅층(42)을 매개로 다른 전사 기판(45)으로 전사할 수 있다.
이 밖에, 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은 앞서 설명한 것과 같은 노광 단계, 부분적인 입자 제거 단계, 새로운 입자 코팅 단계, 열경화성 코팅액 도포 및 전사 기판 결합 단계, 열경화성 코팅액 건조 단계, 전사 단계 등을 반복적으로 수행함으로써, 밀착성 고분자 기판(20) 위에 여러 종류의 입자가 각각 특정한 패턴으로 정렬된 다양한 코팅막을 형성하고, 이를 다른 전사 기판으로 전사할 수 있다. 각 입자의 정렬 패턴은 노광 단계에서 이용되는 마스크(47)의 마스크 패턴(48)을 다양화함으로써 다양하게 변화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은, 마스크(47)를 이용하여 밀착성 고분자 기판(20) 위에 부분적으로 빛 또는 활성기체를 조사하여 빛 또는 활성기체가 조사된 노광부(24)의 부착력을 증가시키거나, 밀착성 고분자 기판(20)에 열을 가하여 노광부(24)의 부착력을 증가시키고, 상대적으로 부착력이 약한 비노광부(25)에 위치하는 입자(30)를 제거함으로써, 다양한 패턴의 코팅막을 형성하고 이를 전사 기판(45)으로 전사할 수 있다.
예컨대, 상술한 것과 같이 밀착성 고분자 기판(20) 상에 다양한 형태로 패터닝된 복수의 코팅막을 형성한 후 이를 다른 전사 기판(45)으로 전사할 수도 있고, 패터닝된 2차 코팅막(35)만 다른 전사 기판(45)으로 전사할 수 있으며, 패터닝된 1차 코팅막(32)만 다른 전사 기판(45)으로 전사할 수도 있다. 패터닝된 1차 코팅막(32)만 다른 전사 기판(45)으로 전사하는 경우, 도 2d에 도시된 것과 같이 밀착성 고분자 기판(20) 상에 패터닝된 1차 코팅막(32)을 형성한 후, 2차 코팅막(35)을 형성하지 않은 상태에서, 열경화성 코팅액 도포 및 전자 기판 결합 단계, 열경화성 코팅액 건조 단계, 열경화성 코팅층 분리 단계 등의 단계를 수행함으로써, 패터닝된 1차 코팅막(32)만 전사 기판(45)으로 전사할 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 입자 정렬을 이용한 코팅 방법에서 밀착성 고분자 기판에 일정 패턴의 코팅막을 형성하는 다른 실시예를 단계별로 나타낸 것이다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 밀착성 고분자 기판에 일정 패턴의 코팅막을 형성하는 구체적인 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 기체 투과성 기판(10) 위에 밀착성 고분자 기판(20)을 형성하고, 마스크 패턴(53)이 형성된 마스크(52)를 대고 빛 또는 활성기체를 조사하여 밀착성 고분자 기판(20)의 표면을 부분적으로 노광시킨다. 밀착성 고분자 기판(20)의 형성 방법이나, 노광 원리는 상술한 것과 같다. 또한, 밀착성 고분자 기판(20)에 열을 가하여 후술하는 입자와 밀착성 고분자 기판(20)의 부착력을 조절할 수도 있다.
이와 같이, 마스크(52)를 밀착성 고분자 기판(20) 위에 배치한 상태에서 밀착성 고분자 기판(20)에 빛 또는 활성기체를 조사하면, 도 4b에 도시된 것과 같이, 밀착성 고분자 기판(20) 표면의 빛 또는 활성기체를 조사받은 노광부(24)의 부착력이 빛 또는 활성기체를 조사받지 못한 비노광부(25)의 부착력보다 커진다. 이렇게 밀착성 고분자 기판(20)에 빛 또는 활성기체를 조사하여 노광부(24)를 형성한 후, 도 4c에 도시된 것과 같이, 복수의 입자(30)를 정렬하여 밀착성 고분자 기판(20) 위에 코팅막(32)을 형성한다.
여기에서, 입자(30)의 종류나 복수의 입자(30)로 코팅막(32)을 형성하는 구체적인 방법을 상술한 것과 같다. 다만, 본 실시예에서 복수의 입자(30)를 노광부(24)가 형성된 밀착성 고분자 기판(20) 위에 올리고 이에 압력을 가하여 밀착성 고분자 기판(20)에 부착시킬 때, 노광부(24)에 위치하는 입자(30)의 밀착성 고분자 기판(20)과의 결합력은 비노광부(25)에 위치하는 입자(30)의 밀착성 고분자 기판(20)과의 결합력보다 커서, 노광부(24)에 위치하는 입자(30)가 비노광부(25)에 위치하는 입자(30)에 비해 밀착성 고분자 기판(20)에 더 단단히 결합된다.
계속해서, 도 4d에 도시된 것과 같이, 밀착성 고분자 기판(20)의 비노광부(25)의 부착력보다 크고 노광부(24)의 부착력보다 작은 부착력을 갖는 입자 제거부재(50;도 2c 참조)를 이용하여 코팅막(32)을 형성하는 복수의 입자(30) 중에서 비노광부(25)에 배치된 입자들(30)을 제거하면, 노광 패턴에 대응하는 패턴의 코팅막(32)을 형성할 수 있다.
계속해서, 앞서 설명한 것과 같은 2차 코팅막 형성 단계, 열경화성 코팅액 도포 및 전사 기판 결합 단계, 열경화성 코팅액 건조 단계, 열경화성 코팅층 분리 단계 등을 더 수행함으로써, 다양한 입자로 이루어지거나 다양한 패턴으로 형성된 코팅막을 다른 다른 기판으로 전사할 수 있다.
이하, 본 발명의 실험예를 참조하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위하여 예시한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
도 5a는 본 발명의 실험예 1을 단계적으로 나타낸 도면이고, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실험예 1에서 입자전이 기판의 SEM 이미지이다.
도 5a를 참조하여 설명하면, 먼저 크린랩(LLDPE, Linear Low-Density Polyethylene)을 준비하였다(S100). 이후, LLDPE 필름의 들러붙는 성질을 제거하기 위해 한쪽 면에 TiO2 입자를 가볍게 문질러 코팅한다(S200). LLDPE 랩의 입자가 코팅된 면을 구멍을 낸 페트리디쉬에 덮어 씌우고 고정용 고무밴드를 이용해 고정시킨다(S300).
팽팽하게 페트리디쉬에 씌어진 LLDPE 랩 윗면에 100nm ~ 200nm TiO2 입자를 문질러서 고르게 코팅한다(S400).
Silicate가 EtOH 상에 도포 되어있는 하이씨엔피사의 유리막 코팅제를 TiO2가 코팅되어있는 단층 코팅면에 충분히 뿌려준다(S500).
용액 위에 세척된 glass 기판을 덮고, 48시간의 상온건조 후 60℃에서 3시간 동안 1차 가열을 한다(S600).
고정용 고무밴드를 제거하여 LLDPE 랩을 페트리디쉬에서 분리 한 후, 입자가 전이된 glass 기판과 LLDPE 랩을 분리시키고, 150℃에서 20분간 2차 가열을 한다(S700).
도 5b 및 도 5c를 살펴보면, 입자 전이 과정 후 입자의 노출 여부를 명확히 확인하기 위해 고의적인 손상을 통해 전이된 입자의 표면이 노출되어 있지 않고 LLDPE에 함침되어 있는 것을 명확히 확인할 수 있었다.
<실험예 2>
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 실험예 2를 단계적으로 나타낸 사진이고, 도 6d는 본 발명의 실험예 2예서 입자전이 기판의 SEM 이미지이다. 참고로 도 6d에서 우측에 있는 이미지는 좌측에 있는 이미지를 확대한 것이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하여 설명하면, 먼저, 종이를 페트리디쉬의 크기에 맞게 자른 뒤, 페트리디쉬 위에 경화되지 않은 실가드(Sylgard) 184 (미국, 다우코닝)제품 기준 20% 중량부의 경화제를 포함하여 형성된 PDMS용액을 부은 후 그 위에 종이를 덮었다. 이후, 10시간의 상온건조 및 60℃에서 3시간 동안 가열하여 경화시켰다.
PDMS Paper에 응집성이 강한 입자를 단층으로 코팅하기 위해 200℃에서 3시간동안 가열하였다.
이와 같은 열처리가 된 PDMS Paper에 100nm ~ 200nm TiO2 입자를 문질러서 고르게 코팅한 후 Silicate가 EtOH 상에 도포 되어있는 하이씨엔피사의 유리막 코팅제를 TiO2가 코팅되어있는 단층 코팅면에 충분히 뿌려주었다.
다공성 판 위에 PDMS Paper를 올리고, 유리막 코팅제가 도포된 PDMS Paper표면에 세척된 glass를 덮은 뒤 , 10시간의 상온건조 및 60℃에서 1차 가열 3시간을 가해 EtOH용액을 증발시킨다. 이후, PDMS Paper를 glass에서 분리 한 후, 입자가 전이된 glass 기판을 기판 내구성 향상을 위해 200℃에서 1시간 동안 2차 가열을 하였다.
이후, 입자 전이 과정 후 입자의 노출 여부를 명확히 확인하기 위해 고의적인 손상을 통해 전이된 입자의 표면을 관찰하였다. 도 6d의 SEM 이미지를 살펴보면, PDMS 이용 시 LLDPE에서 코팅한 것과는 다르게 입자의 표면이 노출되어 있음을 확인할 수 있었다.
<실험예 3>
먼저, 종이를 페트리디쉬의 크기에 맞게 자른 뒤, 페트리디쉬 위에 경화되지 않은 실가드(Sylgard) 184 (미국, 다우코닝)제품 기준 20 % 중량부의 경화제를 포함하여 형성된 PDMS용액을 부은 후 그 위에 종이를 덮었다.
그 뒤, 10시간의 상온건조 및 60℃에서 3시간동안 가열해 경화시켰다. 경화시킨 PDMS Paper에 각각 185nm의 UV를 0분, 15분, 30분, 60분을 처리하였다.
이와 같이 UV 처리가 된 PDMS Paper에 50nm ~ 150nm TiO2 입자를 문질러서 고르게 코팅한 후 Silicate가 EtOH 상에 도포 되어있는 하이씨엔피사의 유리막 코팅제를 TiO2가 코팅되어있는 단층 코팅면에 충분히 뿌려주었다.
다공성 판 위에 PDMS Paper를 올리고, 유리막 코팅제가 도포된 PDMS Paper 표면에 세척된 glass를 덮은 뒤, 10시간의 상온건조 및 60℃에서 1차 가열 3시간을 가해 EtOH용액을 증발시켰다.
이후, PDMS Paper를 glass에서 분리 한 후, 입자가 전이된 glass 기판을 기판 내구성 향상을 위해 200℃에서 1시간 동안 2차 가열을 하였다.
도 7a를 통해 UV의 처리시간에 따른 TiO2 입자의 함침도가 달라짐을 볼 수 있으며, 이는 UV 처리시간에 의해 PDMS 기판의 표면경도가 증가하며 시간에 비례한다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7b에서는 UV를 각각 0분, 15분, 30분, 60분 처리한 시간에 따른 기판에 코팅된 TiO2 입자 크기의 균일도가 달라짐을 확인할 수 있다. 이러한 이유는, UV 처리시간에 의해 PDMS 기판의 표면경도가 높아지고, 큰 입자와 기판의 부착력이 감소하여 상대적으로 작은 입자들이 우선적으로 부착되기 때문이다.
도 7c에서는 UV 처리시간이 길어질수록 빛의 투과도가 상승함을 그래프를 통해 나타내었다. 또한 도 7d를 통해 실제로 UV 처리시간이 길어질수록 글자가 선명하게 보여짐을 확인할 수 있다.
도 7e는 광촉매 특성을 알아보기 위한 Methylene blue 분해실험 결과를 나타낸 그래프이다. Methylene blue는 광촉매 효과에 의해 결합이 끊겨져 초기의 파란색 색깔을 잃고 투명해지는 특성을 이용한다. 도 7e의 그래프 및 도 7f를 통해 UV 처리 시간이 길어질수록 Methylene blue가 투명해지며, 이를 통해 TiO2가 가지는 광촉매 효과를 가짐을 알 수 있다.
도 7g, 도 7h는 기판에 화학적인 변화에 따른 광촉매 특성의 변화를 도시한 것으로, 각각 중성에 가까운 증류수와 산성인 HCl, 염기성인 NaOH를 가했을 때 산염기가 노출되었음에도 광촉매의 특성이 사라지지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
도 7i는 기판의 경도를 나타낸 것으로, LBL의 방법에서는 낮은 연필경도에서도 기판의 표면이 손상되었지만 상기 실험방법을 통해 만든 기판의 경우 UV 처리시간과 상관없이 연필경도 9H의 경우에서도 손상이 가지 않음을 확인할 수 있다.
도 7j는 작은 면적뿐만 아니라 40cmㅧ40cm의 크기에서도 코팅이 가능하며 실제로 코팅한 glass를 보았을 때 유리와의 굴절률이 육안으로 차이가 없다는 것을 확인할 수 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
본 실시예 따른 입자 정렬을 이용한 코팅 방법은 용매 또는 부착 보조제를 사용하지 않고 건조 상태의 입자들을 기체 투과성 기판상에 형성된 밀착성 고분자 기판 위에서 압력을 가하는 과정을 통해 코팅막을 형성하고, 이후 열경화성 코팅층을 매개로 다른 전사 기판에 안정적으로 전사할 수 있는 등, 산업적으로 유용하다.

Claims (21)

  1. (a) 기체 투과성을 갖는 제1 기판 상부에 복수의 입자를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 코팅막이 형성된 상기 제1 기판의 표면에 코팅액을 도포하는 단계;
    (c) 상기 코팅액 위에 제2 기판을 올려 상기 코팅액을 상기 제2 기판으로 덮는 단계; 및
    (d) 상기 코팅액을 건조시켜 상기 코팅막이 부착된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계 후,
    (e) 상기 코팅막이 부착된 상기 코팅층을 상기 제1 기판으로부터 분리하여 상기 코팅층을 매개로 상기 코팅막을 상기 제2 기판으로 전사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 상부에 상기 코팅막을 형성하기 전 또는 상기 코팅막을 형성한 후, 상기 제1 기판을 향해 빛 또는 활성기체를 조사하는 단계를 더 포함하며,
    상기 빛 또는 활성기체의 조사 시간 또는 조사 세기에 따라 상기 제1 기판의 부착력 및 부착력이 변화된 면적을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 상부에 상기 코팅막을 형성하기 전 또는 상기 코팅막을 형성한 후, 상기 제1 기판에 열을 가하는 단계를 더 포함하며,
    상기 열의 온도 또는 열 부여 방식에 따라 상기 코팅막과 상기 제1 기판의 부착력을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판은, 기체 투과성 기판 및 상기 기체 투과성 기판의 일면에 마련되는 밀착성 고분자 기판을 포함하며,
    상기 코팅막은 상기 밀착성 고분자 기판에 마련되는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서는, 상기 복수의 입자를 문질러서 압력을 가하여 상기 제1 기판상에 코팅하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서, 상기 복수의 입자는 상기 제1 기판에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서, 상기 코팅막은 상기 복수의 입자가 단층으로 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 입자가 비구형일 경우, 상기 복수의 입자 중 입경이 상위 10% 입자의 평균 입경에 대한 상기 코팅막 두께의 평균값의 비율이 1.9 이하인 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판의 표면에는 상기 복수의 입자와 각각 대응하도록 복수의 오목부가 함몰되게 마련되며, 상기 입자의 평균 입경에 대한 상기 오목부의 깊이 비율이 0.02 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오목부는 가역적인 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기판은 기체 비투과성 기판인 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서는, 상기 코팅액에 포함된 용매가 상기 제1 기판을 투과하여 외부로 방출됨으로써 상기 코팅액이 고체 상태의 상기 코팅층으로 경화되는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  14. 기체 투과성 기판;
    상기 기체 투과성 기판 위에 형성되며 기체를 투과시킬 수 있는 밀착성 고분자 기판; 및
    상기 밀착성 고분자 기판 표면에 복수의 입자가 단층으로 코팅되어 이루어지는 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 코팅 기판.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기체 투과성 기판은 한지, 티슈, 골판지, 하드보드지, 다공성 필름중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자 코팅 기판.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 밀착성 고분자 기판은 폴리메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 코팅 기판.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 코팅막이 형성된 상기 밀착성 고분자 기판의 표면에 도포된 코팅액층을 더 포함하며,
    상기 코팅액층은 상온 또는 열을 가한 조건에서 행해지는 건조를 통해 경화되는 것을 특징으로 하는 입자 코팅 기판.
  18. (a) 기체 투과성 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 기체 투과성 기판 위에 복수의 입자를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계;
    (c) 마스크 패턴이 형성된 마스크를 대고 상기 기체성 투과성 기판을 향해 빛 또는 활성기체를 조사하여 상기 기체 투과성 기판의 표면을 부분적으로 노광 또는 노출함으로써, 상기 기체 투과성 기판 표면의 빛 또는 활성기체가 조사된 영역의 부착력을 변화시키는 단계;
    (d) 상기 기체 투과성 기판의 빛 또는 활성기체가 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 부착력 차이를 이용하여 상기 코팅막을 형성하는 상기 복수의 입자에서 비노광부 또는 노광부에 배치된 입자들을 입자의 함침정도 및 입자 제거부재의 부착력 정도를 이용하여 상기 기체 투과성 기판으로부터 선택적으로 제거하는 단계;
    (e) 상기 코팅막이 형성된 상기 기체 투과성 기판 표면에 코팅액을 도포하는 단계;
    (f) 상기 코팅액 위에 기체 비투과성 기판을 올려 상기 코팅액을 덮는 단계; 및
    (g) 상기 코팅액에 포함된 용매를 상기 기체 투과성 기판을 투과하여 증발시켜 건조시킴으로써, 상기 코팅막이 부착되어 고체 상태로 경화된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  19. (a) 기체 투과성 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 기체 투과성 기판 위에 복수의 제1 입자를 코팅하여 1차 코팅막을 형성하는 단계;
    (c) 마스크 패턴이 형성된 마스크를 대고 상기 기체성 투과성 기판을 향해 빛 또는 활성기체를 조사하여 상기 기체 투과성 기판 표면의 상기 1차 코팅막이 형성된 영역을 부분적으로 노광 또는 노출함으로써, 상기 기체 투과성 기판 표면의 빛 또는 활성기체가 조사된 영역의 부착력을 변화시키는 단계;
    (d) 상기 기체 투과성 기판의 빛 또는 활성기체가 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 부착력 차이를 이용하여 상기 1차 코팅막을 형성하는 상기 복수의 제1 입자에서 비노광부 또는 노광부에 배치된 상기 제1 입자들을 입자의 함침정도 및 입자 제거부재의 부착력 정도를 이용하여 상기 기체 투과성 기판으로부터 선택적으로 제거하는 단계;
    (e) 상기 기체 투과성 기판의 상기 제1 입자가 제거된 영역에 복수의 제2 입자를 코팅하여 2차 코팅막을 형성하는 단계;
    (f) 상기 1차 코팅막 및 상기 2차 코팅막이 형성된 상기 기체 투과성 기판 표면에 코팅액을 도포하는 단계;
    (g) 상기 코팅액 위에 기체 비투과성 기판을 올려 상기 코팅액을 덮는 단계; 및
    (h) 상기 코팅액에 포함된 용매를 상기 기체 투과성 기판을 투과하여 증발시켜 건조시킴으로써, 상기 1차 코팅막 및 상기 2차 코팅막 중 적어도 하나가 부착되어 고체 상태로 경화된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  20. (a) 기체 투과성 기판을 준비하는 단계;
    (b) 마스크 패턴이 형성된 마스크를 대고 상기 기체성 투과성 기판을 향해 빛 또는 활성기체를 조사하여 상기 기체 투과성 기판 표면을 부분적으로 노광 또는 노출함으로써, 상기 기체 투과성 기판 표면의 빛 또는 활성기체가 조사된 영역의 부착력을 변화시키는 단계;
    (c) 상기 기체 투과성 기판 위에 복수의 입자를 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계;
    (d) 상기 기체 투과성 기판의 빛 또는 활성기체가 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 부착력 차이를 이용하여 상기 코팅막을 형성하는 상기 복수의 입자에서 비노광부 또는 노광부에 배치된 입자들을 입자의 함침정도 및 입자 제거부재의 부착력 정도를 이용하여 상기 기체 투과성 기판으로부터 선택적으로 제거하는 단계;
    (e) 상기 코팅막이 형성된 상기 기체 투과성 기판 표면에 코팅액을 도포하는 단계;
    (f) 상기 코팅액 위에 기체 비투과성 기판을 올려 상기 코팅액을 덮는 단계; 및
    (g) 상기 코팅액에 포함된 용매를 상기 기체 투과성 기판을 투과하여 증발시켜 건조시킴으로써, 상기 코팅막이 부착되어 고체 상태로 경화된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
  21. (a) 기체 투과성 기판을 준비하는 단계;
    (b) 마스크 패턴이 형성된 마스크를 대고 상기 기체성 투과성 기판을 향해 빛 또는 활성기체를 조사하여 상기 기체 투과성 기판 표면을 부분적으로 노광 또는 노출함으로써, 상기 기체 투과성 기판 표면의 빛 또는 활성기체가 조사된 영역의 부착력을 변화시키는 단계;
    (c) 상기 기체 투과성 기판 위에 복수의 제1 입자를 코팅하여 1차 코팅막을 형성하는 단계;
    (d) 상기 기체 투과성 기판의 빛 또는 활성기체가 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 부착력 차이를 이용하여 상기 1차 코팅막을 형성하는 상기 복수의 제1 입자에서 비노광부 또는 노광부에 배치된 입자들을 입자의 함침정도 및 입자 제거부재의 부착력 정도를 이용하여 상기 기체 투과성 기판으로부터 선택적으로 제거하는 단계;
    (e) 상기 기체 투과성 기판의 상기 제1 입자가 제거된 영역에 복수의 제2 입자를 코팅하여 2차 코팅막을 형성하는 단계;
    (f) 상기 1차 코팅막 및 상기 2차 코팅막이 형성된 상기 기체 투과성 기판 표면에 코팅액을 도포하는 단계;
    (g) 상기 코팅액 위에 기체 비투과성 기판을 올려 상기 코팅액을 덮는 단계; 및
    (h) 상기 코팅액에 포함된 용매를 상기 기체 투과성 기판을 투과하여 증발켜 건조시킴으로써, 상기 1차 코팅막 및 상기 2차 코팅막 중 적어도 하나가 부착되어 고체 상태로 경화된 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 정렬을 이용한 코팅 방법.
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