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CN102597815A - 具有低反射和高接触角的基板及其制备方法 - Google Patents

具有低反射和高接触角的基板及其制备方法 Download PDF

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CN102597815A
CN102597815A CN2010800495930A CN201080049593A CN102597815A CN 102597815 A CN102597815 A CN 102597815A CN 2010800495930 A CN2010800495930 A CN 2010800495930A CN 201080049593 A CN201080049593 A CN 201080049593A CN 102597815 A CN102597815 A CN 102597815A
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water
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金台洙
金在镇
辛富建
洪瑛晙
崔贤
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LG Chemical Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种基板，其包括：基底，该基底的至少一面上具有图案，其中，根据该图案的形状，该图案的下部区域的折射率和该图案的上部区域的折射率彼此不同；和斥水涂层，该斥水涂层设置在所述基底的至少一个具有图案的面上，以及本发明提供一种包括所述基板的光学产品和该基板的制备方法。根据本发明的基板具有优异的防反射性能和优异的斥水性能。

Description

具有低反射和高接触角的基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有低反射和高接触角的基板及其制备方法。本申请要求2009年10月29日向韩国专利局提交的韩国专利申请No.10-2009-0103694的优先权，该专利申请的公开内容通过引用的方式全部纳入这里。
背景技术
一般而言，光学产品会产生清晰反射的图像，例如鬼线和闪耀，而不会产生清晰的能见度。因此，在基板上形成防反射层，以获得清晰反射的图像和清晰的能见度。该防反射层一般由具有高硬度和低折射率的二氧化硅或氟化镁制成。
然而，当表面上包括由二氧化硅或氟化镁制成的防反射层的光学产品用水进行清洗、但没有充分擦拭而自然放置以进行干燥时，所述防反射层被斑点例如表面上残留的水(所谓的“水印”)玷污，于是，能见度劣化。为了防止这种斑点，可以使用可固化聚硅氧烷和具有斥水性能的硅烷化合物等在防反射层的表面上进行斥水处理。
如上所述，一般通过在平坦基底上涂布折射率匹配材料以获得防反射性能和涂布斥水材料以获得斥水性能来制备具有防反射性和斥水性的光学产品。
然而，为了获得防反射性能和斥水性能，需要重复涂布多个具有防反射性能和斥水性能的薄膜层，且尽管在防反射层上涂布斥水材料，仍难以获得接触角为120°或大于120°的基板。另外，为了在宽波长范围内减少反射，需要使用进行多次防反射涂布的多涂布法，但由于涂布成本的增加，这成为产品成本增加的重要因素。
发明内容
技术问题
为了提供防反射性能和斥水性能均优异且制备工艺简单的基板和包括该基板的光学产品，产生了本发明。
技术方案
为了实现所述目的，本发明的示例性实施方案提供一种基板，其包括：
1)基底，该基底的至少一面上具有图案，其中，根据该图案的形状，该图案的下部区域的折射率和该图案的上部区域的折射率彼此不同；和
2)斥水涂层，该斥水涂层设置在上述基底的至少一个具有图案的面上。
另外，本发明的另一个示例性实施方案提供了一种基板的制备方法，该方法包括：
a)在基底的至少一面上形成图案，该图案所具有的形状使得该图案的下部区域的折射率和该图案的上部区域的折射率彼此不同；和
b)在上述基底的至少一个具有图案的面上形成斥水涂层。
在所述基板的制备方法中，在步骤a)中可以使用干涉光刻法以在基底上形成图案。
另外，本发明的另一个示例性实施方案提供了一种包括根据本发明的基板的光学产品。
有益效果
根据本发明的示例性实施方案，在不进行多个薄膜的涂布或形成单独的防反射层的情况下，可以提供一种具有小于2％的透光率和120°或大于120°的高接触角的基板，且该基板的加工效率优异。
附图说明
图1是示意图，示出了根据本发明的基板结构中基底和斥水涂层之间的折射率的变化；
图2是CCD相机照片，示出了实施例1和对比例1中的基板的接触角；
图3是曲线图，示出了实施例2和对比例2中的基板的反射率；
图4是照片，示出了在实施例3中制备的基板中的基底上形成的图案；
图5是曲线图，示出了实施例3～5和对比例3～5中制备的基板的反射率。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明。
本发明的一个示例性实施方案包括：
1)基底，该基底的至少一面上具有图案，并且根据所述图案的形状在该图案的下部区域和在该图案的上部区域具有不同的折射率；和
2)斥水涂层，该斥水涂层设置在上述基底的至少一个具有图案的面上。
在本说明书中，所述图案的下部区域和上部区域是指相对位置，并且所述图案的下部区域是指接近基底的平坦表面的区域，所述图案的上部区域是指相对远离基底的平坦表面且接近空气层的区域。
在本发明中，通过在基底上形成图案，折射率可以朝着所述图案的下部区域逐渐变化以至于与基底的折射率相同，从而使反射最小化。在本发明中，对基底上图案的形状进行控制，使得在基底的具有图案的表面上折射率可以改变，从而使反射最小化。
反射是由两种介质间的折射率的差异引起的。因此，本发明中，在基底具有图案的表面上改变折射率，从而在不形成单独的层的情况下防止了反射。作为一个例子，在使用玻璃基底的情形中，描述了一种结构，在该结构中，在玻璃基底和空气层之间的界面区域中折射率逐渐变化。理想地，由于空气的折射率是1，而玻璃基底的折射率是1.5，所以当在玻璃基底上形成如图1所示结构的图案时，玻璃基底和空气层之间的界面区域中的折射率从空气层朝着基底的方向可以线性地并逐渐地从1变化到1.5。
然而，在使用平面基底和平面涂层的情形中，可能得不到表面上折射率的变化，且没有折射率为1的材料。为了解决这个问题，在本发明中，通过用斥水涂层改变基底表面的物理结构可以形成图1所示的图案。于是，如果折射率实际上用空气层和沿厚度方向切开的截面(即，如图1所示的垂直截面)中的基底的面积来计算，则折射率在1和1.5之间逐渐变化。
对所述基底没有特别限制，可以使用塑料、金属、硅晶片、玻璃等，并且对基底的厚度没有限制。基底的优选例子可以包括石英玻璃、派热克斯(Pyrex)玻璃、钠钙玻璃、蓝玻璃、三乙酸纤维素膜、基于降冰片烯的环烯烃聚合物膜、聚酯膜、聚甲基丙烯酸酯膜、聚碳酸酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜，等等。
基底上的图案可以直接或间接地使用干涉光刻法形成。如上所述，对基底上的图案没有特别的限制，只要该图案具有能够改变基底表面上的折射率的形状即可。例如，在至少一个垂直截面中，上部区域的宽度可以形成为小于下部区域的宽度，或者水平截面可以形成为朝向图案的上部区域较小。具体地，基底上的图案可以形成为例如一维或二维三角形、正弦波和梯形等形状。
基底上图案的线宽和/或间距优选为50～300nm，且更优选为60～200nm。如果所述图案的线宽或间距非常小，则加工效率或可行性降低，而如果所述图案的线宽或间距非常大，则出现虹(rainbow)，从而会出现基板的能见度劣化的问题。
另外，基底上图案的厚度，即，图案的最高点和最低点之间的距离为100nm或大于100nm，且优选为100nm或大于100nm至1,000nm或小于1,000nm。在图案的厚度非常小的情形中，由于图案的厚度比光的波长小得多，因此，根据图案轮廓的变化所致的可见光折射率的变化变得非常小，使得防反射效果很低。
基底上图案的纵横比优选为1或大于1，且更优选为1.5～3。然而，纵横比不限于此。此处，所述纵横比是指所述图案的厚度与该图案的线宽之比。图案的线宽是基于下部线宽。
为了在基底上形成图案，可以使用干涉光刻法。具体地，可以使用直接干涉光刻法形成基底上的图案。另外，在基底上形成图案之前，在使用干涉光刻法形成用于图案复制的母版之后，可以利用母版形成基底上的图案。例如，可以使用母版作为印刷版以辊法将图案转移到基板上。
在所述干涉光刻法中使用的光源的波长优选为200～400nm。
在使用干涉光刻法的情形中，在基底上易于形成规则而精细的图案，并且特别地，在基底和空气之间的界面中面积比逐渐变化，使得在空气和基底之间折射率逐渐变化，从而反射变得非常小。
在所述基底具有图案的表面上设置的斥水涂层可以使用本领域已知的斥水材料来形成。例如，优选使用包含基于氟的斥水剂成分和基于硅烷的斥水剂成分中的至少一种的涂料组合物涂布基底的一面来形成疏水层。具体地，可以使用例如如下的材料：聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基化合物(perfluoralkoxy)(PEA)、聚全氟乙丙烯(fluoroethylenepropylene)(FEP)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，并且不限于此。
为了防止基底上形成的图案发生形状变化，所述斥水涂层的厚度优选为10nm或小于10nm，且更优选为1～10nm。
根据本发明的基板可以具有小于2％的透光率和120°或大于120°的接触角，且接触角还可以达到150°或大于150°。
另外，本发明提供了一种制备基板的方法，该方法包括：
a)在基底的至少一面上形成图案，该图案所具有的形状使得该图案的下部区域的折射率和该图案的上部区域的折射率彼此不同；和
b)在上述基底的至少一个具有图案的面上形成斥水涂层。
步骤a)可以使用干涉光刻法进行，并且该干涉光刻法可以使用本领域已知的方法。
例如，步骤a)包括a1)清洁基底；a2)在所述基底上依次涂布和干燥防反射涂料组合物和光敏树脂组合物；a3)使用干涉光刻法对待形成图案的已形成的防反射层和光敏层进行选择性地曝光和显影；a4)使用形成图案的防反射层和光敏层作为掩膜对所述基底进行蚀刻；和a5)在蚀刻之后，从基底上去除图案化的防反射层和光敏层。
在步骤a2)中，所述防反射层用来在形成图案过程中制备精细图案，所述光敏层用来作为基底的掩膜。
所述防反射涂料组合物和光敏树脂组合物可以含有本领域已知的一般材料或组合物。
在步骤a3)中，所述干涉光刻法一般利用由激光源发射的激光的相位差所产生的干涉，并且在本发明的干涉光刻工序中，可以使用范围在200～400nm内的波长。
步骤a4)可以使用干或湿蚀刻法，通过使用步骤a3)中制备的图案作为掩膜进行基底的蚀刻。用于蚀刻基底的蚀刻组合物可以使用CHF3、CF4、C4F8等，且不必限于此。
在步骤a5)中，在步骤a4)中的蚀刻工序之后，该步骤从基底上去除图案化的防反射层和光敏层，所述防反射层和光敏层的去除使用O2气通过干蚀刻法进行，但不必限于此。
另外，为了大量生产具有图案的基底，可以通过辊印刷、辊压花、热压花、UV压花等复制具有图案的基底。具体地，可以利用干涉光刻法制备由PDMS、PET、PVC、PMMA或PUA材料制成的母版，或者可以通过在具有用干涉光刻法制得的图案的基底上沉积和电镀金属薄膜来制备由金属材料制成的母版，并且可以将母版的图案转移到基底上。例如，可以通过如下方法容易地复制具有图案的基底：使用辊印刷法(例如胶版印刷或凹版印刷等)在作为母版的基底上使防反射层和光敏层形成图案，然后进行蚀刻工序。
步骤b)是在步骤a)中制备的具有图案的基底上形成斥水涂层。该斥水涂层可以通过涂布和干燥斥水涂料组合物来形成。所述斥水涂料组合物的涂布可以使用本领域已知的方法来进行，例如，旋涂法、深涂法(deep coating)或刮刀涂布法、以及气相沉积法等，但不限于此。
斥水涂料组合物的干燥可以在90～120℃下干燥1小时后在室温下干燥24小时来进行，但本发明的范围不限于此。
另外，本发明提供了一种包括基板的光学产品，所述基板包括具有所述图案的基底和斥水涂层。
所述光学产品包括防反射膜、用于LCD的偏光器补偿膜和用于触屏的防污染膜等等。
在下文中，将描述本发明的优选实施例。然而，下面的实施例仅例证本发明，而本发明不限于下面的实施例。
实施例1
通过在派热克斯玻璃上以3000RPM旋转涂布BARC(底部防反射涂层)(由Brewer Science Co.，Ltd.制备的i-con 16)30秒而形成100nm的防反射层，并在205℃下的加热板上干燥1分钟，而后，通过涂布光敏树脂组合物Ultra-i 123(由Rohm and Hass Co.，Ltd.制备)而形成200nm的光敏层。然后，通过使用351.1nm波长的干涉光刻法对待制备的具有梯形图案的基底进行曝光、显影和蚀刻，所述梯形图案的下部线宽为100nm、上部线宽为50nm和纵横比为2.5。此后，通过在上述具有图案的基底上涂布包含氟基化合物的斥水涂料组合物(商品名：OPTOOL)、在120℃下干燥1小时和成层为厚度为5nm的斥水涂层而制得基板。
使用注射器在制得的基板上喷射10ml水滴后的形状通过CCD相机拍摄下来，并示于图2中。如图2所示，可知接触角非常大，即，150°或大于150°。
实施例2
除了用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜代替实施例1中的派热克斯玻璃之外，以与实施例1相同的方式制备所述基板。
经检验，从CCD相机所拍摄的制得的基板的照片测得的接触角为120°或大于120°。
使用积分球透光率仪测量制得的基板的反射率，结果示于图3中。图3的横轴表示波长，单位为nm，纵轴表示反射率，单位为百分比。如图3所示，可知在实施例2中制得的基板的反射率为2％或小于2％。
实施例3～5
用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜代替实施例1中的派热克斯玻璃，且基板上凸出图案的截面形状形成为三角形。所述图案的间距，即，相邻图案的顶点之间的距离为200nm，图案的厚度，即，图案的最高点和最低点之间的垂直距离分别是150nm(实施例3)、200nm(实施例4)和250nm(实施例5)。随后，以与实施例1相同的方式形成斥水涂层。
实施例3中制得的具有图案的基底表面的SEM照片如图4所示。实施例3～5中制得的基板的测量出的反射率示于图5中。
对比例1
通过在钠钙玻璃上涂布包含氟基化合物的斥水涂料组合物(商品名：OPTOOL)，并在120℃下干燥1小时制得层叠有厚度为5nm的斥水涂层的基板。
使用注射器在制得的基板上喷射10ml水滴后的形状通过CCD相机拍摄下来，并示于图2中。如图2所示，可知接触角比实施例1中的基板的接触角小。
对比例2
除了用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜代替对比例1中的钠钙玻璃之外，以与对比例1相同的方法制得基板。
使用积分球透光率仪测量制得的基板的反射率，结果示于图3中。如图3所示，可知对比例2中制得的基板在测量波长范围内的反射率约为4.5％。
对比例3～5
为了与实施例3对比，基板上的凸起图案的横截面形状形成为长方形，且该图案的在下图中定义的填充因子(a/b)为0.5，该图案的厚度分别是150nm(对比例3)、200nm(对比例4)和250nm(对比例5)。随后，以与实施例1中相同的方式形成斥水涂层。
测量所述基板的反射率，测得的反射率示于图5中。
Figure BDA0000159711100000081

Claims (20)

1.一种基板，包括：
1)基底，在该基底的至少一面上具有图案，其中，根据该图案的形状，该图案的下部区域的折射率和该图案的上部区域的折射率彼此不同；和
2)斥水涂层，该斥水涂层设置在所述基底的至少一个具有图案的面上。
2.根据权利要求1所述的基板，其中，在所述基底的具有图案的表面上折射率逐渐变化。
3.根据权利要求1所述的基板，其中，从所述基底图案的所述下部区域朝着所述上部区域折射率变小。
4.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基底上的图案具有这样的形状，在该形状中，在所述图案的至少一个垂直截面中，所述图案的上部区域的宽度比所述图案的下部区域的宽度小。
5.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基底上的图案的水平截面朝着该图案的上部区域的方向变小。
6.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基底上的图案具有至少一个这样的图案垂直截面，该图案垂直截面具有一维或二维三角形、正弦波或梯形的形状。
7.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基底上的图案具有50～300nm的线宽和100nm或大于100nm的厚度。
8.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基底上的图案通过干涉光刻法直接形成，或者通过复制由干涉光刻法形成的图案而形成。
9.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基底包括石英玻璃、派热克斯玻璃、钠钙玻璃、蓝玻璃、三乙酸纤维素膜、基于降冰片烯的环烯烃聚合物膜、聚酯膜、聚甲基丙烯酸酯膜、聚碳酸酯膜或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。
10.根据权利要求1所述的基板，其中，所述斥水剂涂层由选自基于氟的斥水剂和基于硅烷的斥水剂中的一种或多种斥水剂形成。
11.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基板的透光率小于2％且接触角为120°或大于120°。
12.一种基板，包括：
基底，该基底的至少一面上具有图案；和斥水涂层，该斥水涂层设置在所述基底的至少一面上，
其中，所述基板的透光率小于2％且接触角为120°或大于120°。
13.根据权利要求1～12中任一权利要求所述的基板的制备方法，其包括：
a)在基底的至少一面上形成图案，该图案所具有的形状使得该图案的下部区域的折射率和该图案的上部区域的折射率彼此不同；和
b)在所述基底的至少一个具有图案的面上形成斥水涂层。
14.根据权利要求13所述的基板的制备方法，其中，所述步骤a)通过干涉光刻法进行。
15.根据权利要求14所述的基板的制备方法，其中，在所述干涉光刻法中使用200～400nm范围内的波长。
16.根据权利要求13所述的基板的制备方法，其中，所述步骤a)包括：a1)清洁基底；a2)在所述基底上依次涂布并干燥防反射涂料组合物和光敏树脂组合物；a3)使用干涉光刻法对待形成图案的所述已形成的防反射层和光敏层进行选择性曝光和显影；a4)使用所述形成图案的防反射层和光敏层作为掩膜对所述基底进行蚀刻；和a5)在所述蚀刻之后，从所述基底中去除所述形成图案的防反射层和光敏层。
17.根据权利要求13所述的基板的制备方法，其中，步骤a)通过如下步骤来进行：使用干涉光刻法制备具有图案的母版，或者在具有利用干涉光刻法制备的图案的基底上沉积和电镀金属薄膜来制备由金属材料制成的母版；然后将所述母版的图案转移到所述基底上。
18.根据权利要求13所述的基板的制备方法，其中，步骤b)包括涂布斥水涂料组合物并干燥该斥水涂料组合物。
19.一种光学产品，包括权利要求1～12中任一权利要求所述的基板。
20.根据权利要求19所述的光学产品，其中，所述光学产品包括防反射膜、用于LCD的偏光器补偿膜或用于触屏的防污染膜。
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