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WO2011053004A2 - 저반사 및 고접촉각을 갖는 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

저반사 및 고접촉각을 갖는 기판 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2011053004A2
WO2011053004A2 PCT/KR2010/007457 KR2010007457W WO2011053004A2 WO 2011053004 A2 WO2011053004 A2 WO 2011053004A2 KR 2010007457 W KR2010007457 W KR 2010007457W WO 2011053004 A2 WO2011053004 A2 WO 2011053004A2
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WO
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substrate
pattern
film
water repellent
refractive index
Prior art date
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김태수
김재진
신부건
홍영준
최현
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LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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    • Y10T428/24612—Composite web or sheet

Definitions

  • the present invention relates to a substrate having a low reflection and high contact angle and a method of manufacturing the same.
  • Optical products generally provide sharply reflected images, such as ghosts and flares, but do not give clear visibility.
  • an antireflection film is formed on the substrate in order to obtain a clearly reflected image and clear visibility.
  • the antireflection film is usually made of silicon oxide or magnesium fluoride having high hardness and low refractive index.
  • the anti-reflective film composed of silicon oxide or magnesium fluoride is washed with water and then left to dry without being wiped sufficiently, the antireflective film is a so-called trace of stains such as water remaining on the surface. It is stained with “water marks,” which results in a loss of visibility.
  • the water repellent treatment may be performed with a curable polysiloxane, a silane compound having water repellency, or the like in the expression of the antireflection film.
  • an optical product having both antireflection and water repellent functions is generally manufactured by coating a refractive index matching material for antireflection properties on a flat substrate and coating a water repellent material for water repellent properties.
  • an object of the present invention is to provide a substrate having excellent antireflection characteristics and water repellency characteristics and an easy manufacturing process, and an optical product including the same.
  • a substrate provided with a pattern on at least one surface, the substrate having a different refractive index in a lower region of the pattern and a refractive index in an upper region of the pattern according to the shape of the pattern;
  • It provides a substrate comprising a water-repellent coating layer provided on at least one side provided with a pattern of the substrate.
  • an interference lithography method may be used to form a pattern on the substrate in step a).
  • another embodiment of the present invention provides an optical product comprising the substrate according to the present invention described above.
  • the present invention it is possible to provide a substrate having a light transmittance of less than 2% and a high contact angle of 120 ° or more without performing thin film coating of several layers or forming a separate antireflection film, and has excellent process efficiency.
  • 1 is a schematic diagram for explaining the change in refractive index between the substrate and the water repellent coating layer in the structure of the substrate according to the present invention.
  • Example 2 is a CCD camera photograph showing the contact angle of the substrate of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing reflectances of substrates of Example 2 and Comparative Example 2.
  • FIG. 4 is a photograph showing a pattern formed on a substrate among the substrates prepared in Example 3.
  • FIG. 4 is a photograph showing a pattern formed on a substrate among the substrates prepared in Example 3.
  • FIG. 5 is a graph showing reflectances of the substrates prepared in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 5.
  • a substrate provided with a pattern on at least one surface, the substrate having a different refractive index in a lower region of the pattern and a refractive index in an upper region of the pattern according to the shape of the pattern;
  • the lower region of the pattern and the upper region of the pattern are relative to each other in position, and the lower region of the pattern means an area close to the plate surface of the substrate, and the upper region of the pattern is relatively the plate surface of the substrate. Far and close to the air layer.
  • the refractive index may gradually change to be the same as the substrate toward the lower region of the pattern, thereby minimizing reflection.
  • the reflection can be minimized by adjusting the shape of the pattern on the substrate so that the refractive index can be changed on the surface provided with the pattern of the substrate as described above.
  • the cause of reflection is caused by the difference in refractive index between the two media. Therefore, in the present invention, by configuring the refractive index to change on the surface provided with the pattern of the substrate as described above, it is possible to prevent reflection without forming a separate layer.
  • a structure in which the refractive index gradually changes in the interface region between the glass substrate and the air layer when using the glass substrate is described.
  • the refractive index of air is 1 and the refractive index of the glass substrate is 1.5
  • the refractive index at the interface region of the glass substrate and the air layer is from 1 to 1.5. It can be changed linearly and gradually from the air layer side to the substrate side.
  • the substrate is not particularly limited, and plastics, metals, silicon wafers, glass, etc. may be used, and there is no limitation in thickness.
  • Preferable examples of the substrate include quartz glass, pyrex glass, soda-lime glass, blue glass, triacetate.
  • the pattern on the substrate can be formed using direct or indirect interference lithography methods.
  • the pattern on the substrate is not particularly limited as long as the pattern can change the refractive index on the surface of the substrate.
  • the width of the upper region may be narrower than the width of the lower region in at least one vertical cross section, or the horizontal cross-sectional area may be formed to become smaller toward the upper region of the pattern.
  • the pattern on the substrate may be formed in the form of triangles, sinusoids, trapezoids or the like in the first or second dimensions.
  • it is 50-300 nm, and, as for the line width and / or pitch of the pattern on the said base material, it is more preferable that it is 60 nm-200 nm. If the line width or pitch of the pattern is too small, the process efficiency or feasibility is less. If the line width or pitch of the pattern is too large, a rainbow may occur and the visibility of the substrate may be degraded.
  • the depth of the pattern on the substrate that is, the distance from the highest point to the lowest point of the pattern is preferably 100 nm or more, preferably 100 nm or more and 1,000 nm or less. If the depth of the pattern is too small, it is too small than the wavelength of light, so the change in the refractive index of the visible light due to the change of the pattern profile is very small and the antireflection effect is small.
  • the aspect ratio of the pattern on the said base material is 1 or more, More preferably, it is 1.5-3. However, it is not necessarily limited thereto.
  • the aspect ratio means the ratio of the depth of the pattern to the line width of the pattern.
  • the line width of the pattern is based on the lower line width.
  • An interference lithography method may be used to form a pattern on the substrate. Specifically, a pattern may be formed on a substrate using a direct interference lithography method. In addition, before the pattern is formed on the substrate, a master for pattern duplication may be formed by an interference lithography method, and then the pattern may be formed on the substrate using the master. For example, the pattern may be transferred onto a substrate by a roll process using the master as a cliché.
  • the wavelength of the light source used in the interference lithography process is preferably 200 to 400 nm.
  • the interference lithography When the interference lithography is used, it is easy to form a regular and fine pattern on the substrate, and in particular, the area ratio gradually changes at the interface between the substrate and the air, so that the refractive index gradually changes between the air and the substrate, and thus the reflection is very high. The less characteristic will appear.
  • the water repellent coating layer provided on the surface on which the pattern of the substrate is formed may be formed using a water repellent material known in the art.
  • a water repellent material known in the art.
  • it is preferable to form a hydrophobic layer by subjecting the substrate to single-side coating with a coating composition comprising at least one of a fluorine-based water repellent and a silane-based water repellent component.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEA perfluoroalkoxy
  • FEP fluoroethylenepropylene
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • Polyvinyl fluoride Polyvinylfluoride (PVF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) or polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane: PDMS :) and the like may be used, but is not necessarily limited thereto.
  • the thickness of the water repellent coating layer is preferably formed to 10 nm or less, more preferably from 1 to 10 nm in order to prevent the shape change of the pattern formed on the substrate.
  • the substrate according to the present invention may simultaneously have a light transmittance of less than 2% and a contact angle of 120 ° or more, and the contact angle may reach up to 150 ° or more.
  • b) providing a method of manufacturing a substrate comprising the step of forming a water repellent coating layer on at least one surface provided with a pattern of the substrate.
  • Step a) may be performed by an interference lithography method, and the interference lithography method may use a method known in the art.
  • step a) may comprise: a1) cleaning the substrate; a2) sequentially coating and drying the antireflective coating composition and the photosensitive resin composition on the substrate, respectively; a3) patterning the antireflective film and the photosensitive film formed by exposure and development using an interference lithography selectively, a4) etching the substrate using the patterned antireflective film and the photosensitive film as a mask, and a5) patterning after the etching. Peeling off the antireflection film and the photosensitive film from the substrate.
  • the antireflection film is applied to manufacture a fine pattern in the patterning step, and the photosensitive film is applied to serve as a mask of the substrate.
  • the antireflective coating composition and the photosensitive resin composition may have a general material or composition known in the art.
  • the interference lithography generally uses interference due to the phase difference of the laser emitted from the laser light source.
  • the substrate is etched using the pattern prepared in step a3) as a mask, and may be a dry or wet etching method.
  • the etching composition for etching the substrate may be used, such as CHF 3 , CF 4 or C4F 8 , but is not necessarily limited thereto.
  • Step a5) is a step of peeling the antireflection film and the photosensitive film patterned after the etching process in the step a4) from the substrate, it is preferable to perform the dry etching process using the O 2 gas to peel off the anti-reflection film and the photosensitive film , But not necessarily limited to this.
  • the substrate with the pattern may be replicated by a method such as roll printing, roll embossing, hot embossing or UV embossing.
  • a method such as roll printing, roll embossing, hot embossing or UV embossing.
  • interference lithography to prepare a master (Master) formed of PDMS, PET, PVC, PMMA or PUA material, or by depositing a metal thin film on a substrate having a pattern prepared by using interference lithography and plating the metal
  • a master formed of a material can be produced and the pattern of the master can be transferred onto the substrate.
  • the anti-reflection film and the photosensitive film on the substrate may be patterned by the master by a roll printing method such as off-set or gravure, and then the substrate having the pattern may be easily replicated through an etching process. Can be.
  • Step b) is a step of forming a water repellent coating layer on the substrate with a pattern prepared in step a).
  • the water repellent coating layer may be performed by coating the water repellent coating composition and then drying. Coating of the water repellent coating composition may be performed by methods known in the art, such as, but not limited to, spin coating, dip coating or doctor blading and vapor deposition.
  • Drying of the water-repellent coating composition may be made by drying at room temperature for 24 hours after drying for 1 hour at 90 to 120 °C, whereby the scope of the present invention is not limited.
  • the present invention provides an optical product comprising a substrate including the substrate and the water repellent coating layer provided with the above-described pattern.
  • the optical products include antireflection films, LCD polarizer compensation films, and touch screen antifouling films.
  • BARC bottom antireflection coating
  • a substrate was prepared by coating a water repellent coating composition containing a fluorine-based compound (OPTOOL: trade name) on a substrate having the pattern, drying at 120 ° C. for 1 hour, and laminating a water repellent coating layer having a thickness of 5 nm.
  • OPTOOL fluorine-based compound
  • FIG. 2 The shape after discharging 10 ml of water droplets using a syringe on the prepared substrate was photographed with a CCD camera, and is shown in FIG. 2. As shown in Figure 2, it can be seen that the contact angle is very large, 150 ° or more.
  • Example 1 a Pyrex glass was replaced with a PMMA (polymethyl methacrylate) film, and a substrate was prepared in the same manner as in Example 1.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the contact angle measured from the photograph taken of the prepared substrate with the CCD camera is 120 ° or more.
  • the reflectance of the prepared substrate was measured using an integrating sphere light transmittance meter, and the results are shown in FIG. 3. 3, the horizontal axis represents wavelength in nm and the vertical axis represents reflectance in%. As shown in Figure 3, it can be seen that the substrate prepared in Example 2 has a reflectance of 2% or less.
  • Example 1 Pyrex glass was replaced with a polymethyl methacrylate (PMMA) film, and the cross-sectional shape of the pattern protruding from the substrate was made into a triangle.
  • the pitch of the pattern that is, the distance between the vertices of the adjacent patterns was manufactured to 200 nm
  • the depth of the pattern that is, the vertical distance between the highest point and the lowest point of the pattern was 150 nm (Example 3), 200 nm (Example 4), and 250 nm (Example).
  • Example 5 a water repellent coating layer was formed in the same manner as in Example 1.
  • FIG. 4 An SEM photograph of the surface of the substrate on which the pattern prepared in Example 3 is formed is shown in FIG. 4. Reflectance of the substrates prepared in Examples 3 to 5 was measured and shown in FIG. 5.
  • a water-repellent coating composition containing a fluorine-based compound (OPTOOL: trade name) was coated on soda lime glass and dried at 120 ° C. for 1 hour to prepare a substrate on which a water-repellent coating having a thickness of 5 nm was laminated.
  • OPTOOL trade name
  • a substrate was prepared in the same manner except for replacing soda-lime glass with PMMA (Polymethyl Methacrylate) film in Comparative Example 1.
  • PMMA Polymethyl Methacrylate
  • the reflectance of the prepared substrate was measured using an integrating sphere light transmittance meter, and the results are shown in FIG. 3. As shown in Figure 3, it can be seen that the substrate prepared in Comparative Example 2 has a reflectance of about 4.5% in the measured wavelength range.
  • the pattern of the pattern protruding on each substrate is rectangular and the depth of the pattern having a fill factor (a / b) of 0.5 is 150 nm (Comparative Example 3), It formed in 200 nm (comparative example 4) and 250 nm (comparative example 5), respectively. Subsequently, a water repellent coating layer was formed in the same manner as in Example 1.
  • the reflectance of the substrate was measured, and the measured reflectance is shown in FIG. 5.

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Abstract

본 발명은 적어도 일면에 패턴이 구비된 기재로서, 상기 패턴의 형상에 의하여 상기 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 상기 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이한 것인 기재; 및 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면에 구비된 발수코팅층을 포함하고, 이를 포함하는 광학제품 및 상기 기판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판은 반사방지성 및 발수성이 모두 우수하다.

Description

저반사 및 고접촉각을 갖는 기판 및 이의 제조방법
본 발명은 저반사 및 고접촉각을 갖는 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은 2009년 10월 29일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2009-0103694호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
일반적으로 광학제품들은 고스트(goest) 및 플레어(flare)와 같은 선명하게 반사된 이미지를 제공하지만, 깨끗한 가시성을 주지 못한다. 따라서, 선명하게 반사된 이미지와 깨끗한 가시성을 얻기 위하여 기판상에 반사방지막을 형성한다. 상기 반사방지막은 통상적으로 높은 경도와 낮은 굴절율을 갖는 규소 산화물 또는 플루오르화 마그네슘으로 구성된다.
그러나, 규소 산화물 또는 플루오르화 마그네슘으로 구성된 반사방지막을 표면에 포함하는 광학제품들을 물로 세척한 후 충분히 닦아내지 않고 건조를 위해 그대로 두면, 반사방지막은 표면에 남아있는 물과 같은 얼룩의 흔적인, 소위 “물자국”으로 얼룩지고, 이는 가시성의 저하를 초래하게 된다. 상기와 같은 얼룩을 방지하기 위하여 반사방지막 표현에 경화가능 폴리실옥산, 발수성을 갖는 실란 화합물 등으로 발수 처리를 할 수 있다.
상기와 같이 반사방지 및 발수 기능을 동시에 가지는 광학제품은 평탄한 기재 상에 반사방지 특성을 위해 굴절률 매칭 물질을 코팅하고, 발수 특성을 위하여 발수물질을 코팅하여 제조하는 것이 일반적이다.
그러나, 상기와 같이 반사방지 특성과 발수 특성을 동시에 갖기 위해서는 반사방지 특성과 발수 특성을 나타내는 여러 층의 박막 코팅을 반복적으로 수행하여야 하는 단점이 있고, 상기 반사 방지층 상에 발수 물질을 코팅하여도 120°이상의 접촉각을 가지는 기판을 얻기 어렵다. 또한 넓은 파장 영역에서 반사를 줄이기 위해서는 반사 방지 코팅을 여러 번 하는 멀티 코팅 기법을 써야 하지만 이는 코팅 가격의 상승으로 인한 제품 가격 상승의 중요한 요인이 된다.
이에 본 발명은 반사방지 특성과 발수 특성이 모두 우수하면서도 제조공정이 용이한 기판 및 이것을 포함하는 광학제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시상태는
1) 적어도 일면에 패턴이 구비된 기재로서, 상기 패턴의 형상에 의하여 상기 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 상기 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이한 기재; 및
2) 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면에 구비된 발수 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시상태는
a) 기재의 적어도 일면에, 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이하도록 하는 형상의 패턴을 형성하는 단계, 및
b) 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면 상에 발수코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 제조방법으로서,
상기 기판의 제조방법에 있어서, 상기 a) 단계에서 기재 상에 패턴을 형성하기 위하여 간섭 리소그라피 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 본 발명에 따른 기판을 포함하는 광학제품을 제공한다.
본 발명에 따르면, 여러 층의 박막코팅을 수행하거나, 별도의 반사방지막을 형성하지 않아도 2% 미만의 광투과율과 120° 이상의 고 접촉각을 갖는 기판을 제공할 수 있으며, 공정 효율이 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 기판의 구조에서 기재와 발수코팅층 사이의 굴절율 변화를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1의 기판의 접촉각을 나타낸 CCD 카메라 사진이다.
도 3은 실시예 2 및 비교예 2의 기판의 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 3에서 제조된 기판 중 기재 상에 형성된 패턴을 나타낸 사진이다.
도 5는 실시예 3 내지 5 및 비교예 3 내지 5에서 제조된 기판의 반사율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는
1) 적어도 일면에 패턴이 구비된 기재로서, 상기 패턴의 형상에 의하여 상기 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 상기 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이한 기재; 및
2) 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면에 구비된 발수코팅층을 포함하고 있다.
본 명세서에 있어서, 패턴의 하부영역과 패턴의 상부영역은 위치에 있어서 서로 상대적인 의미로서, 상기 패턴의 하부영역은 기재의 판면에 가까운 영역을 의미하고, 상기 패턴의 상부영역은 상대적으로 기재의 판면과 멀고 공기층에 가까운 영역을 의미한다.
본 발명에서는 기재 상에 상기와 같은 패턴을 형성함으로써 패턴의 하부영역으로 갈수록 굴절률이 기재와 같아지게 점진적으로 변화시킬 수 있어 반사를 최소화하게 된다.
본 발명에서는, 상기와 같이 기재의 패턴이 구비된 표면에서 굴절율이 변화할 수 있도록 상기 기재 상의 패턴의 형태를 조절함으로써 반사를 최소화할 수 있다.
반사의 원인은 두 매질 사이의 굴절률 차이에 의해서 발생이 되게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 기재의 패턴이 구비된 표면에서 굴절율이 변화하도록 구성함으로써, 별도의 층을 형성하지 않고도 반사를 방지할 수 있다. 하나의 예로서, 유리 기재를 사용하는 경우 유리 기재와 공기층의 계면 영역에서 굴절율이 점진적으로 변화하는 구조를 설명한다. 이상적으로는 공기의 굴절률이 1이고, 유리 기재의 굴절율은 1.5 이기 때문에, 유리 기재 상에 도 1과 같은 구조의 패턴을 형성하는 경우, 유리 기재와 공기층의 계면 영역에서의 굴절율은 1에서 1.5까지 공기층측에서 기재측으로 직선적으로(Linear) 점진적으로(Gradient) 변화시킬 수 있다.
그러나, 평면 기재 및 평면 코팅을 이용하는 경우, 표면에서의 굴절률 변화를 얻을 수 없고, 굴절률이 1이 되는 물질이 없다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 발수코팅층이 구비된 기재의 표면의 물리적 구조를 변화시켜 도 1과 같은 패턴을 형성할 수 있다. 이에 의하여, 두께방향으로 절단한 단면, 즉 수직 단면에서 공기층와 기재의 면적에 의하여 굴절률을 가상으로 계산하면 도 1에 도시한 바와 같이 굴절율이 1에서 1.5사이로 점진적으로 변화하게 된다.
상기 기재는 특별히 제한되지 않고, 플라스틱, 금속, 실리콘 웨이퍼, 유리 등을 사용 할 수 있으며, 두께의 제한은 없다, 상기 기재의 바람직한 예로는 석영 유리, 파이렉스 유리, 소다석회 유리, 청유리, 트리아세테이트 셀롤로즈 필름, 노보넨계 시클로올레핀 폴리머 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리메타아크릴레이트 필름, 폴리카보네이트 필름 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 등이 있다.
상기 기재 상의 패턴은 간섭 리소그라피 방법을 직접 또는 간접적으로 이용하여 형성될 수 있다. 상기 기재 상의 패턴은 전술한 바와 같이, 기재의 표면에서 굴절율을 변화할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대 적어도 하나의 수직 단면에 있어서 하부영역의 폭보다 상부영역의 폭이 좁은 형태를 갖거나, 수평 단면적이 패턴의 상부영역으로 갈수록 작아지는 형태로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 기재 상의 패턴은 1차 또는 2차원의 삼각형, 정현파, 사다리꼴 등의 형태로 형성할 수 있다.
상기 기재 상의 패턴의 선폭 및/또는 피치는 50 내지 300nm인 것이 바람직하고, 60nm 내지 200nm인 것이 더욱 바람직하다. 패턴의 선폭이나 피치가 너무 작으면 공정상 효율성이나 구현 가능성이 적어지고, 패턴의 선폭이나 피치가 너무 크면 무지개가 발생하여 기판의 가시성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 기재 상의 패턴의 깊이, 즉 패턴의 최고점에서 최저점까지의 거리는 100nm 이상, 바람직하게는 100nm 이상 1,000nm 이하인 것이 바람직하다. 패턴의 깊이가 너무 작은 경우에는 빛의 파장보다 너무 작기 때문에, 패턴 프로필(profile)의 변화에 따른 가시광의 굴절율 변화가 매우 작아져 반사방지 효과가 적다.
상기 기재 상의 패턴의 종횡비는 1 이상, 보다 바람직하게는 1.5 에서 3 인 것이 바람직하다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 종횡비란, 패턴의 선폭에 대한 패턴의 깊이의 비를 의미한다. 패턴의 선폭은 하부선폭을 기준으로 한다.
상기 기재 상에 패턴을 형성하기 위하여 간섭 리소그라피 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로, 직접 간섭 리소그라피 방법을 이용하여 기재 상에 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상기 기재 상에 패턴을 형성하기 이전에, 패턴 복제를 위한 마스터를 간섭 리소그라피 방법에 의하여 형성한 후, 상기 마스터를 이용하여 상기 기재 상에 패턴을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 마스터를 클리쉐로 이용하여 롤 공정에 의하여 기판 상에 패턴을 전사할 수 있다.
상기 간섭 리소그라피 공정에서 사용하는 광원의 파장은 200 내지 400 nm인 것이 바람직하다.
상기 간섭 리소그라피를 이용할 경우에는 기재 상에 규칙적이고 미세한 패턴을 형성하는 것이 용이하고, 특히 기재와 공기 사이의 계면에서 면적비가 점차적으로 변함으로써, 굴절률이 공기와 기재 사이에 점진적으로 변하게 되어 반사가 매우 적어지는 특성이 나타나게 된다.
상기 기재의 패턴이 형성된 면 상에 구비된 발수코팅층은 당 기술분야에 알려져 있는 발수 재료를 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대, 불소계 발수제 및 실란계 발수제 성분 중 적어도 1 종을 포함하는 코팅 조성물로 기재를 단면 코팅 처리하여 소수층을 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene: PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoralkoxy: PEA), 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoroethylenepropylene: FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(Ethylenetetrafluoroethylene: ETFE), 폴리비닐플로라이드(Polyvinylfluoride: PVF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(Polychlorotrifluorethylene: PCTFE) 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS:) 등의 재료를 이용할 수 있으나, 반드시 이에 한정 되는 것은 아니다.
상기 발수코팅층의 두께는 기재 상에 형성된 패턴의 형상 변화를 방지하기 위하여 10 ㎚ 이하로 형성되는 바람직하고, 1 내지 10 ㎚로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 기판은 2% 미만의 광투과율 및 120°이상의 접촉각을 동시에 가질 수 있으며, 접촉각은 150°이상까지도 도달할 수 있다.
또한, 본 발명은
a) 기재의 적어도 일면에, 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이하도록 하는 형상의 패턴을 형성하는 단계, 및
b) 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면 상에 발수코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 a) 단계는 간섭 리소그라피 방법에 의하여 수행될 수 있으며, 간섭 리소그라피 방법은 당 기술분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있다.
예컨대, 상기 a) 단계는 a1) 기재를 세척하는 단계; a2) 상기 기재 상에 반사방지 코팅 조성물 및 감광성 수지 조성물을 각각 순차적으로 코팅 및 건조하는 단계; a3) 형성된 반사방지막 및 감광성막을 선택적으로 간섭 리소그라피를 이용하여 노광 및 현상하여 패턴화하는 단계, a4) 패턴화된 반사방지막 및 감광성막을 마스크로 하여 기재를 식각하는 단계 및 a5) 상기 식각 후 패턴화된 반사방지막 및 감광성막을 기재에서 박리하는 단계를 포함한다.
상기 a2) 단계에서 반사방지막은 패턴화 단계에서 미세한 패턴을 제조하기 위해 적용되며, 상기 감광성막은 기재의 마스크 역할을 하기 위하여 적용된다.
상기 반사방지 코팅 조성물 및 감광성 수지 조성물은 당업계에 알려진 일반적인 재료 또는 조성을 가질 수 있다.
상기 a3) 단계에서 간섭 리소그라피는 일반적으로 레이저 광원으로부터 나오는 레이저의 위상차에 의한 간섭을 이용하는 것으로, 본 발명의 간섭 리소그라피 공정에서는 200 내지 400nm 범위의 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 a4) 단계는 상기 a3) 단계에서 제조된 패턴을 마스크로 하여 기재를 식각하는 단계로, 건식 또는 습식 식각 방식을 이용할 수 있다. 상기 기재를 식각하기 위한 식각 조성물은 CHF3, CF4 또는 C4F8 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 a5) 단계는 상기 a4) 단계에서 식각 공정 후 패턴화된 반사방지막 및 감광성막을 기재에서 박리하는 단계로, 상기 반사방지막 및 감광성막을 박리는 O2 가스를 이용한 건식 에칭 공정으로 수행하는 것이 바람직하나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
추가로, 상기 패턴이 형성된 기재를 대량으로 생산하기 위해, 상기 패턴이 구비된 기재를 롤 프린팅, 롤 엠보싱, 핫(hot) 엠보싱 또는 UV 엠보싱 등의 방법으로 복제할 수 있다. 구체적으로, 간섭 리소그라피를 이용하여 PDMS, PET, PVC, PMMA 또는 PUA 재질로 형성된 마스터(Master)를 제조하거나, 간섭 리소그라피를 이용하여 제조된 패턴이 구비된 기재에 금속 박막을 증착한 후 도금하여 금속 재질로 형성된 마스터를 제조하고, 마스터의 패턴을 기재상에 전사할 수 있다. 예컨대, 오프-셋(Off-set) 또는 그라비아(Gravure) 등의 롤 프린팅 방법으로 기재 상의 반사방지막 및 감광성막을 상기 마스터에 의하여 패턴화하고, 이후 식각 공정을 거쳐 패턴이 구비된 기재를 손쉽게 복제할 수 있다.
상기 b) 단계는 상기 a) 단계에서 제조된 패턴이 구비된 기재 상에 발수코팅층을 형성하는 단계이다. 상기 발수코팅층은 발수코팅 조성물을 코팅한 후, 건조하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 발수 코팅 조성물의 코팅은 당 기술분야에서 알려진 방법, 예컨대 스핀코팅, 딥코팅 또는 닥터 블레이딩 및 기상증착 등에 의해 수행될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발수 코팅 조성물의 건조는 90 내지 120℃ 에서 1시간 건조 후 24시간 상온건조에 의하여 이루어질 수 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 전술한 패턴이 구비된 기재 및 발수코팅층을 포함하는 기판을 포함하는 광학제품을 제공한다.
상기 광학제품으로는 반사방지 필름, LCD용 편광판 보상필름 및 터치스크린용 내 오염 필름 등이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
파이렉스 유리 상에 BARC(bottom antireflection coating)(Brewer science 사의 i-con 16)을 3000RPM에서 30초 동안 스핀코팅 후 205℃의 핫 플레이트에서 1분간 건조하여 100nm의 반사방지막을 형성한 후 감광성 수지 조성물인 Ultra-i 123(Rohm and Hass사)를 코팅하여 200nm 두께의 감광성막을 형성하였다. 이후 351.1 nm의 파장을 이용하여 간섭 리소그라피 방법으로 노광하고, 현상 및 식각하여 하부선폭 100 nm, 상부선폭 50nm 및 종횡비 2.5인 사다리꼴 패턴을 가지는 기재를 제조하였다. 이 후, 상기 패턴을 가지는 기재 상에 불소계 화합물(OPTOOL:상품명)을 포함하는 발수코팅 조성물을 코팅하고 120℃에서 1시간 건조하여 5nm 두께를 가지는 발수코팅층을 적층하여 기판을 제조하였다.
제조된 기판 상에 주사기를 이용하여 10 ㎖의 물방울을 토출한 후의 형상을 CCD 카메라로 촬영하여 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 접촉각이 150° 이상으로 매우 큰 것을 알 수 있다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 파이렉스 유리를 PMMA(Polymethyl Methacrylate) 필름으로 대체한 것을 제조하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
제조된 기판을 상기 CCD 카메라로 촬영한 사진으로부터 측정된 접촉각은 120°이상임을 확인하였다.
제조된 기판의 반사율은 적분구 광선 투과율 측정기를 사용하여 측정하였고, 이의 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3의 가로축은 nm 단위의 파장이며 세로축은 %단위의 반사율을 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 기판은 2% 이하의 반사율을 갖는 것을 알 수 있다.
실시예 3 내지 5
상기 실시예 1에서 파이렉스 유리를 PMMA(Polymethyl Methacrylate) 필름으로 대체하였으며 기판 상에 돌출된 패턴의 단면 형상을 삼각형으로 제작하였다. 상기 패턴의 피치, 즉 인접하는 패턴의 정점간 거리는 200nm로 제작하였으며, 패턴의 깊이, 즉 패턴의 최고점과 최저점간의 수직거리를 각각 150nm(실시예 3), 200nm(실시예 4) 및 250nm(실시예 5)로 제작하였다. 이어서, 실시예 1과 동일하게 발수코팅층을 형성하였다.
실시예 3에서 제조된 패턴이 형성된 기재의 표면의 SEM 사진을 도 4에 나타내었다. 실시예 3 내지 5에서 제조된 기판의 반사율을 측정하여 도 5에 도시하였다.
비교예 1
소다석회 유리(Soda lime Glass) 상에 불소계 화합물(OPTOOL:상품명)을 포함하는 발수 코팅 조성물을 코팅하고 120℃에서 1시간 건조하여 5nm 두께를 가지는 발수 코팅이 적층된 기판을 제조하였다.
제조된 기판 상에 주사기를 이용하여 10 ㎖의 물방울을 토출한 후의 형상을 CCD 카메라로 촬영하여 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 기판에 비하여 접촉각이 작은 것을 알 수 있다.
비교예 2
상기 비교예 1에서 소다석회 유리를 PMMA(Polymethyl Methacrylate) 필름으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
제조된 기판의 반사율은 적분구 광선 투과율 측정기를 사용하여 측정하였고, 이의 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 비교예 2에서 제조된 기판은 측정된 파장 범위에서 4.5% 정도의 반사율을 갖는 것을 알 수 있다.
비교예 3 내지 5
상기 실시예 3과의 비교를 위하여, 각 기판 상에 돌출된 패턴의 단면 형상이 사각형이며 하기 그림에 의하여 정의되는 Fill factor(a/b)가 0.5인 패턴의 깊이를 150nm(비교예 3), 200nm(비교예 4) 및 250nm(비교예 5)로 각각 형성하였다. 이어서, 실시예 1과 동일하게 발수코팅층을 형성하였다.
상기 기판의 반사율을 측정하고, 측정된 반사율을 도 5에 도시하였다.
Figure PCTKR2010007457-appb-I000001

Claims (20)

1) 적어도 일면에 패턴이 구비된 기재로서, 상기 패턴의 형상에 의하여 상기 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 상기 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이한 것인 기재; 및
2) 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면에 구비된 발수코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재의 패턴이 구비된 표면에서 굴절율이 점진적으로 변화하는 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재 상의 패턴의 하부영역에서 상부영역으로 갈수록 굴절율이 작아지는 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재 상의 패턴은, 상기 패턴의 적어도 하나의 수직 단면에 있어서 패턴의 하부영역의 폭보다 패턴의 상부영역의 폭이 좁은 형태를 갖는 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재 상의 패턴은, 수평 단면적이 패턴의 상부영역으로 갈수록 작아지는 형태를 갖는 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재 상의 패턴은 적어도 하나의 수직 단면이 1차 또는 2차원의 삼각형, 정현파 또는 사다리꼴의 형태인 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재 상의 패턴은 선폭이 50 내지 300nm이고, 깊이가 100nm 이상인 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재 상의 패턴은 간섭 리소그라피 방법에 의하여 직접 형성되거나 간섭 리소그라피 방법에 의하여 형성된 패턴이 복제되어 형성된 것인 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기재는 석영 유리, 파이렉스 유리, 소다석회 유리, 청 유리, 트리아세테이트 셀롤로즈 필름, 노보넨계 시클로올레핀 폴리머 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리메타아크릴레이트 필름, 폴리카보네이트 필름 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름인 것을 특징으로 하는 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 발수코팅층은 불소계 발수제 및 실란계 발수제 중에서 선택된 1종 이상의 발수제로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 기판.
청구항 1에 있어서, 상기 기판은 2% 미만의 광투과율을 가지고, 120°이상의 접촉각을 가지는 것을 특징으로 하는 기판.
적어도 일면에 패턴이 구비된 기재, 및 상기 기재의 적어도 일면에 구비된 발수코팅층을 포함하고, 2% 미만의 광투과율 및 120°이상의 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
a) 기재의 적어도 일면에, 패턴의 하부영역에서의 굴절율과 패턴의 상부영역에서의 굴절율이 상이하도록 하는 형상의 패턴을 형성하는 단계, 및
b) 상기 기재의 패턴이 구비된 적어도 일면 상에 발수코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 12 중 어느 하나의 항에 따른 기판의 제조방법.
청구항 13에 있어서, 상기 a) 단계는 간섭 리소그라피 방법에 의하여 수행되는 것인 기판의 제조방법.
청구항 14에 있어서, 간섭 리소그라피 공정에서 200 내지 400nm 범위의 파장을 사용하는 것인 기판의 제조방법.
청구항 13에 있어서, 상기 a) 단계는 a1) 기재를 세척하는 단계; a2) 상기 기재 상에 반사방지 코팅 조성물 및 감광성 수지 조성물을 각각 순차적으로 코팅 및 건조하는 단계; a3) 형성된 반사방지막 및 감광성막을 선택적으로 간섭 리소그라피를 이용하여 노광 및 현상하여 패턴화하는 단계, a4) 패턴화된 반사방지막 및 감광성막을 마스크로 하여 기재를 식각하는 단계 및 a5) 상기 식각 후 패턴화된 반사방지막 및 감광성막을 기재에서 박리하는 단계를 포함하는 것인 기판의 제조방법.
청구항 13에 있어서, 상기 a) 단계는 간섭 리소그라피를 이용하여 패턴이 구비된 마스터(Master)를 제조하거나, 간섭 리소그라피를 이용하여 제조된 패턴이 구비된 기재에 금속 박막을 증착한 후 도금하여 금속 재질로 형성된 마스터를 제조한 후, 마스터의 패턴을 기재 상에 전사함으로써 수행되는 것인 기판의 제조방법.
청구항 13에 있어서, 상기 b) 단계는 발수코팅 조성물을 코팅하는 단계 및 상기 발수 코팅 조성물을 건조하는 단계를 포함하는 것인 기판의 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 기판을 포함하는 광학제품.
청구항 19에 있어서, 상기 광학제품은 반사방지 필름, LCD용 편광판 보상필름 또는 터치스크린용 내 오염 필름인 것을 특징으로 하는 광학제품.
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