KR20140010386A - 나노 임프린트용 몰드 및 곡면체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 곡면용 나노 임프린트용 몰드는 250㎛ 두께의 Hs 고무 경도가 10∼55의 범위 내의 실리콘 고무 탄성체로 이루어지고, 표면에 미세한 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있으며, 본 발명의 곡면용 나노 임프린트용 몰드에 의하면, 곡면에 대해서도 나노 임프린트를 형성할 수 있다.

Description

나노 임프린트용 몰드 및 곡면체{NANOIMPRINT MOLD AND CURVED BODY}

본 발명은 나노미터 오더의 요철을 형성하기 위한 몰드 및 이것을 사용한 곡면체에 관한 것이다.

광통신에는 분파 분광 장치가 사용되고 있다. 이러한 분파 분광 장치에는, 필요로 하는 파장을 분광하기 위하여 파장 분광 장치가 사용되고 있다. 많은 경우, 분파 분광 장치는 평면 위의 투명 지지체 표면에 형성되어 있지만, 용도에 따라서는, 렌즈 표면과 같은 곡면에 분파 분광 장치를 형성하지 않으면 안 되는 경우가 있다. 평면 위에 형성되는 분파 분광 장치는 경질의 마더 몰드를 형성하고, 이 마더 몰드의 표면 형상을 수지에 전사하고, 이 수지 몰드를 사용하여 분파 분광 장치를 형성하고 있다. 이와 같이 평면 위의 마더 몰드로부터 형성되는 수지 몰드는 투명하고 어느 정도의 강도가 있으면 특별히 한정되지 않아 통상의 수지가 사용되고 있다.

그런데, 곡면에 상기와 같은 평면용의 수지 몰드를 적용하려고 해도, 수지 몰드가 곡면에 피팅되지 않는 경우가 많아, 곡면에 완전히 피팅시키기 위해서는 곡면과 동형의 마더 몰드를 제조하지 않으면 안 된다. 곡면 몰드에는 여러 곡률 혹은 여러 형상을 갖는 것이 있고, 그 곡률 혹은 형상에 맞추어 마더 몰드를 형성하게 되면, 마더 몰드가 대단히 고가로 되며, 나아가서는 곡면 형상으로 형성된 곡면 나노 프린트가 대단히 고가로 된다.

일반적으로 나노 임프린트용 수지제 몰드로서 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 기재에 아크릴 수지 등이 적층된 것이 알려져 있다(특허문헌 1). 그러나, 특허문헌 1에 기재된 몰드는 경도가 높은 재질로 형성된 경질층을 필수로 하고 있으므로 몰드에는 신축성이 거의 없어, 실질적으로 평면 형상에 대해서밖에 임프린트 할 수 없다. 이 때문에, 렌즈와 같은 곡면에 나노미터 레벨의 요철 형상을 만드는 형태에 대응한 금형을 준비할 필요가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 특허문헌 2에는, 「요철 패턴이 형성된 수지막이 곡면 위에 첩부되어 있는 것을 특징으로 하는 곡면 형상 부재」의 발명이 개시되어 있다. 이 특허문헌 2에는 표면에 미세한 요철을 갖는 열가소성 수지로 이루어지는 표면재를 곡면 위에 붙인 곡면체가 개시되어 있다.

그렇지만, 이 특허문헌 2에 기재된 곡면체는 표면에 요철 형상을 갖는 열가소성 수지를 렌즈 등의 표면에 첩착하고 있고, 열가소성 수지가 비교적 경질이므로, 큰 곡률 반경을 갖는 부재(렌즈 등)에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

일본 특개 2008-068612호 공보 일본 특개 2009-279831호 공보

본 발명은 곡면 형상에 대해서도 임프린트할 수 있는 임프린트용 수지 몰드 및 이것을 사용한 곡면체를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 나노 임프린트용 몰드는 Hs 고무 경도가 10∼55의 범위 내의 실리콘 고무 탄성체로 이루어지고, 표면에 미세한 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에서 사용하는 상기 실리콘 고무 탄성체는 자외선 경화성 실리콘 고무 또는 열경화성 실리콘 고무이다.

또한 상기 실리콘 고무의 전체 광선 투명율(JIS K7105에 준거하여 250㎛ 두께의 시트로 측정)이 60% 이상, 바람직하게는 80% 이상이며, 투명성이 높은 쪽이 바람직하다.

상기 나노 임프린트용 몰드는 Hs 고무 경도가 10∼55 범위 내의 실리콘 고무 탄성체 단독으로 사용할 수도 있지만, 투명 지지체 표면에 형성할 수도 있다.

또한 상기 투명 지지체는 곡률 반경이 500mm 이하의 곡면부를 갖는 곡면체인 것이 바람직하다.

본 발명의 곡면체는 곡률 반경이 500mm 이하의 곡면부를 갖고, 또한 상기 곡면부의 표면에는 간격이 50∼100000nm의 범위에 있는 요철을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 나노프린트 몰드에 의하면, 마더 몰드로부터 특정한 경도를 갖는 실리콘 고무 탄성체의 표면에 마더 몰드에 형성된 미세한 요철을 전사할 수 있다. 이 마더 몰드는 실리콘, 유리, 금속 등의 경질 부재로 형성되어 있고, 대단히 고가이므로 나노 오더의 요철이 마모되거나, 결손되거나 하는 경우가 있다. 이 때문에 마더 몰드로부터 수지 몰드를 전사하고, 이 수지 몰드를 사용하여 표면에 미세한 요철이 형성된 전사판을 형성한다. 이러한 전사판의 대부분은 열가소성 수지로 형성되어 있으므로, 평판으로서 사용하는 경우에는 특별히 문제가 되지 않지만, 렌즈와 같은 곡면에 요철이 형성되는 경우에는 그 형태 추종성이 문제가 된다. 또한 수지 몰드이며, 몇번이나 가열된 수지와 접촉하여 그 표면에 형성된 요철 모양을 열가소성 수지에 전사 인쇄하므로, 높은 내열성도 필요하게 된다.

본 발명에서는 이러한 용도를 고려하여 Hs 고무 경도가 10∼55인 실리콘 고무를 사용한다. 이러한 실리콘 고무를 사용함으로써, 반복적으로 형을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 곡면체의 1예를 도시하는 사진이다. 첨부한 참고예 1은 이 곡면체의 사진이며, 색이 다른 부분은 나노 임프린트용 몰드를 사용하여 형성된 요철에 의해 형성된 시트의 간섭파이다.
도 2는 시트에 형성된 요철의 전자현미경 사진이다.
도 3은 마더 몰드(11)로부터 지지체(11) 부착 실리콘 고무(13)에 미세한 요철을 전사할 때에 형성되는 요철을 형성하기 위한 적층체(20)의 단면도이다.
도 4는 마더 몰드(11)로부터 지지체(11) 부착 실리콘 고무(13)에 미세한 요철을 전사했을 때의 단면도이다.
도 5는 지지체(11) 부착 실리콘 고무(13)에 미세한 요철을 형성한 단면도이다.
도 6은 실리콘 고무(13)를 곡면체에 첩착한 상태의 예를 도시하는 단면도이다.

다음에 본 발명의 실시예를 제시하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이것들에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 나노 임프린트용 몰드는, Hs 고무 경도가 10∼55의 범위 내, 바람직하게는 20∼40의 범위 내에 있는 실리콘 고무 탄성체에, 미세한 요철이 형성된 마더 몰드를 맞닿게 하고, 열 임프린트 또는 광 임프린트 함으로써 얻어진다(도 3∼도 5 참조). 도 3∼도 5에 있어서, 부재 번호 11은 마더 몰드이며, 부재 번호 13은 미경화의 실리콘 고무이다. 또한 부재 번호 15는 지지체이며, 미경화의 실리콘 고무를 지지하기 위하여 사용하는 것이 바람직하다.

마더 몰드(11)는 공지의 나노 임프린트용 몰드이면 한정은 없으며, 실리콘, 유리, 금속 등으로 제작된 것 이외에, 일본 특개 2011-25677호 공보에 기재되어 있는 것과 같은 레플리카 몰드이어도 된다.

여기에서 지지체(15)에 사용하는 수지는 특별히 한정은 없지만, 실리콘 고무를 광경화시키기 위해서는 광 투과성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이 지지체(15)는 박리하여 사용하기 때문에, 적어도 실리콘 고무층을 설치하는 측에는 박리 처리되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 지지체(15)의 표면에는 미경화의 실리콘 고무층(13)을 형성한다.

이 실리콘 고무층(13)은 4작용, 3작용, 2작용, 1작용의 오르가노실록산과 촉매와의 혼합물이며, 광(자외선) 혹은 열에 의해 경화되어 래더 폴리머를 형성하여 특정 Hs 고무 경도를 갖는 실리콘 고무를 형성한다. 특히 본 발명에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 마더 몰드를 맞닿게 하여 열 임프린트 또는 광 임프린트 함으로써, 마더 몰드의 표면에 형성되어 있는 요철 형상을 전사하고 Hs 고무 경도가 10∼55의 범위 내, 바람직하게는 20∼40의 범위 내가 되도록 오르가노실록산의 종류를 조정하는 것이 바람직하다. 실리콘 고무층의 두께는 경화 전, 경화 후 모두 50∼5000㎛, 바람직하게는 100∼1000㎛의 범위 내로 한다. 또한 실리콘 고무층에 또한 박리층을 적층할 수 있다.

본 발명에 있어서의 Hs 고무 경도는 이하의 식으로부터 도출한 것이다.

이 식에서, G는 열 또는 광에 의해 경화된 후의 실리콘 탄성체의 횡탄성 계수(Pa)이고, G₅₀은 경도 50의 고무 정수이며, 본 발명에서는, 「"접촉에 의한 응력의 집중과 감쇠", Mech D&A News Letter Vol. 1997-1, 가부시키가이샤 메카니칼데자인」의 기재에 기초하여, 7.45×10⁵÷1.0197(Pa)로 한다. 또한, 횡탄성 계수의 구체적인 측정 방법에 대해서는 실시예의 부분에서 후술한다.

도 5는 실리콘 고무층에 광을 조사하여 경화시킨 실리콘 고무층의 표면에 마더 몰드(11)에 형성된 것과 반대의 패턴(14)이 형성된다.

이 반대의 패턴(14)을, 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 렌즈와 같은 곡면체, 바람직하게는 곡률 반경이 500mm 이하의 곡면부를 갖는 곡면체에 첩부함으로써, 본 발명의 나노 임프린트용 몰드를 형성할 수 있다.

이렇게 하여 형성된 본 발명의 나노 임프린트용 몰드는 열가소성 수지, 열경화성 수지의 임프린트에 적합하게 사용된다. 임프린트 되는 전사물은, 종래의 나노 임프린트 되어 있는 것과 같은 평면체(필름 형상)뿐만 아니라, 본 발명의 나노 임프린트용 몰드는 적당한 형상 추종성과 경도를 가지고 있으므로, 곡률 반경이 500mm 이하의 곡면부를 갖고, 또한, 곡면부의 표면에는 간격이 50∼200000nm, 바람직하게는 100∼100000nm의 범위에 있는 요철을 갖는 것과 같은 미소한 곡면체를 조제하는 것이 가능하다. 또한 곡면체에 임프린트할 때는, 본 발명의 나노 임프린트용 몰드는 신장하므로, 실리콘 고무 탄성체의 Hs 고무 경도에 따라, 몰드의 표면에 형성되어 있는 요철의 간격을 주연부로 갈수록 중심부보다 좁게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 실리콘 고무는, Hs 고무 경도가 상기의 범위에 있음으로써, 곡면에 대한 형태 추종성이 좋아, 곡면 표면에 공극 없이 밀착할 수 있다.

(실시예)

다음에 본 발명의 나노 임프린트용 몰드 및 곡면체에 대하여 실시예를 제시하여 설명하는데, 본 발명은 이것들에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 나노 임프린트용 몰드의 각 특성은 다음 장치를 사용하여 각종 특성을 측정할 수 있다.

[시료]

미경화 실리콘 고무로 이루어지는 두께 250㎛의 시트를 4종류 준비하고, 이하의 방법에 의해 횡탄성 계수 및 전체 광선 투과율을 측정했다. 샘플(고무 경도: 샘플 두께)

(횡탄성 계수)

레오미터(Anton Paar사제, 장치명: PHYSICA MCR300)를 사용하여, 이하의 조건에 의해 횡탄성 계수를 측정했다.

온도 조절 장치 : TC30/CTD600

측정 지그 : PP8

측정 점수 : 10점

측정 간격 : 10sec

측정 시간 : 100sec

측정 모드 : 회전

변형(γ) : 0→ 0.1(Linear)

노멀 포스 : 10N

온도 : 23℃

(전체 광선 투과율)

헤이즈 미터(무라카미 시키사이 키쥬츠 켄큐쇼제, 형식: HM-150)를 사용하고, JIS K7105에 준거하여, 전체 광선 투과율을 측정했다.

실리콘 고무	횡탄성 계수	Hs 고무 경도	전체 광선 투과율
KE-103	240000Pa	26	88%
KE-106	730000Pa	52	88%
SIM-260	110000Pa	62	88%
KE-1204	140000Pa	67	20%

※ 실리콘 고무는 각각 신에츠 실리콘 사제

[몰드의 조제]

[실시예 1]

·실리콘 고무 몰드의 조제

유리 기판 위에 미경화 실리콘 고무(KE-103)를 스핀 코팅(회전수 500rpm, 시간 20sec)하여, 수지층을 제작했다. 상기 기판 및 수지층의 적층물에 마스터 몰드(이형 처리된 석영 몰드, 전사면 30mm 가로세로, 150nm L&S)를 내리누르고, 수지층의 퇴적물을 140℃로 가열하여, 열경화 전사했다. 열경화 전사 시의 프레스 압력은 1MPa, 유지시간 20분이었다. 그 후에 냉각을 행하고, 마스터 몰드를 떼어내고, 100㎛ 두께의 실리콘 고무 몰드를 얻었다.

·곡면으로의 전사

곡률 반경 40mm의 곡면 렌즈 형상의 표면에 UV 경화 수지를 적당량 적하하고, 상기 실리콘 몰드를 적하한 액이 렌즈의 표면 전체에 퍼지도록 누르도록 하여 고정하고, 실리콘 몰드에 UV 조사하고, UV 경화 수지를 경화시켜, 렌즈 전체면에 마스터 몰드와 동일 형상을 전사시켰다.

[실시예 2]

·실리콘 고무 몰드의 조제

2장의 유리 기판 필름 마스터 몰드 및, 미경화의 KE-103을 사이에 끼고, 미경화의 KE-103이 필름 마스터 몰드의 전체면에 퍼진 시점에서, 유리 기판끼리를 움직이지 않도록 고정하고, 그대로 고정한 상태에서, 150℃로 조정한 건조기 속에서 1시간 정치하고, KE-103을 경화시켜, 1mm 두께의 실리콘 몰드를 얻었다.

실시예 1에 있어서와 동일한 조건으로 전사를 행하고, 마스터 몰드와 동형상이 전면에 전사된 렌즈를 얻었다.

[실시예 3]

KE-106을 사용하여 실시예 2와 마찬가지로 실리콘 몰드를 조제하여, 1mm 두께의 실리콘 몰드를 얻었다. 그 후에 실시예 1의 곡면으로의 전사와 동일한 조건으로 전사를 행하고, 마스터 몰드와 동일 형상이 전체면에 전사된 렌즈를 얻었다.

[비교예 1]

SIM-260을 사용하고, 실시예 2와 마찬가지로 실리콘 몰드를 조제하여, 1mm 두께의 실리콘 몰드를 얻었다. 그 후, 실시예 1의 곡면으로의 전사와 동일한 조건으로 전사를 행했으나, 렌즈 전체면에 추종하는 것이 곤란하여, 곡면 렌즈의 단부에서는 마스터 몰드와 동일 형상을 전사시킬 수 없었다.

[비교예 2]

KE-1204를 사용하여 실시예 2와 동일하게 실리콘 몰드를 조제하여, 1mm 두께의 실리콘 몰드를 얻었다. 그 후에 실시예 1의 곡면으로의 전사와 동일한 조건으로 전사를 행했으나, 렌즈 전체면에 추종하는 것이 곤란하고, 또한 투명성도 낮기 때문에, UV 경화 수지를 경화시키는 것이 곤란했다.

	실리콘 고무	두께	곡률 반경	전사 결과
실시예 1	KE-103	100㎛	40	○
실시예 2	KE-103	1mm	40	○
실시예 3	KE-106	1mm	40	○
비교예 1	SIM-260	1mm	40	△
비교예 2	KE-1204	1mm	40	×

상기한 바와 같이 하여 얻어진 나노 임프린트용 몰드를 도 1에 도시하는 구면 렌즈의 표면에 첩착하여 곡면체를 제조했다.

11 마더 몰드
13 열가소성 수지
14 요철
15 지지체
18 곡면체
20 요철을 형성하기 위한 적층체

Claims (7)

1. Hs 고무 경도가 10∼55의 범위 내의 실리콘 고무 탄성체로 이루어지고, 표면에 미세한 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 몰드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 고무 탄성체가 자외선 경화성 실리콘 고무 또는 열경화성 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 몰드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 고무의 전체 광선 투과율(JIS K7105에 준거하여 250㎛ 두께의 시트로 측정)이 60% 이상인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 몰드.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 고무 탄성체가 투명 지지체 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 몰드.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 투명 지지체가 곡률 반경이 500mm 이하의 곡면부를 갖는 곡면체인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 몰드.
6. 곡률 반경이 500mm 이하의 곡면부를 갖고, 또한, 상기 곡면부의 표면에는 간격이 50∼100000nm의 범위에 있는 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 곡면체.
7. 제 6 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 나노 임프린트용 몰드를 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 곡면체.
   

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