KR20230063104A - 나노 몰드의 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 나노 몰드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경도 및 탄성계수 등 물리적, 기계적 물성이 우수한 나노 몰드를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 나노 몰드에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나노 몰드의 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 나노 몰드에 관한 것이다.
우리가 다양한 색상을 볼 수 있는 것은 흡수하는 빛의 파장이 제각각 다른 다양한 물질이 주위에 있기 때문이다. 백색광이 물질에 닿으면 그 고유의 물질에 따라 특정 파장의 빛 만을 흡수하고, 나머지 흡수되지 않고 반사된 파장의 빛의 색이 보인다. 만약 물질이 흡수하는 빛의 파장을 인위적으로 변화시킬 수 있다면 같은 물질에서 다양한 색상을 만들어 낼 수 있다.
이러한 색상구현의 기본적 방식은 크게 2가지로 구분되는데 전통적 염료(dye)나 안료(pigment)에 의한 방식과 미세구조에 의한 방식이 있다. 염료와 안료는 오랫동안 인류가 활용되어왔던 방법인 반면, 미세구조는 비단벌레, 모포나비 등 주로 자연계에서 존재하는 색의 메커니즘이다. 염료와 안료의 많은 사용량에 비해, 인체에 유해하고 재활용등의 문제로 인해 환경에 위협이 되고 있기 때문이다. 또한 염료와 안료는 시간이 지나면 분해된다는 단점이 있다.
제품에 구조색을 이용하면 착색제나 안료 등을 쓰지 않고도 컬러색상을 이용한 정보를 전달할 수 있다. 염료와 안료의 단점을 제거하면서도 기존의 기능을 유지할 수 있다. 사용량이 많은 플라스틱 포장용기, 즉 음료 병, 1회용 컵과 식료품 포장재 등에 구조색을 적용하면 환경보호에 크게 기여할 수 있다.
구조색을 구현하는 방법은 표면에 나노크기의 격자구조, 나노홀, 혹은 나노딤플 등을 형성시키는 것이다. 패턴의 주기가 규칙적일수록 소정의 반사각 혹은 시야각에서 선명한 발색효과를 나타낸다. 표면의 나노구조에 의한 구조색은 시야각에 따라 파장별로 다른 반사각에 의해 특정한 색깔로 관측되며, 사람에게는 반사각도에 따른 무지개빛 (iridescent color)로 인식된다.
즉 플라스틱 제품의 외측 표면에 나노 패턴을 구현하여 구조색을 형성할 수 있다. 이러한 방법으로서 구조색 이미지가 형성된 별도의 필름이나 조각을 제품에 부착하는 방법과 제품과 표면의 나노구조 패턴이 단일의 몸체를 형성하는 방법이 있다. 별도의 제작 후 부착하는 방법에 비해, 단일소재 구조로 형성하면 적용제품의 제약이 적고 제조공정이 단축되는 등 효율성이 높다.
제품의 정보전달요소로서는 그림, 글자, 도형, 엠블럼, 로고 등이 있으며 이러한 이미지 요소는 적절한 해상도로 구현되어야한다.
이미지를 위한 구조색 광학요소는 플라스틱 병, 컵, 식료품용기 등에 있어서 내측보다는 외측에 형성하는 것이 바람직하다. 내측에 위치할 경우, 나노패턴이 내부의 물질에 접촉하여 소기의 광학적 특성이 변형되거나 마모되거나 분리되어 물질에 혼합될 수 있다. 내부의 물질과 접촉이 없거나 접촉 방지가능한 구조가 있는 경우라면 내측에 위치할 수 도 있다.
제품의 외측에 위치하는 경우에는 운송이나 제품의 사용과정에서 나노패턴이 손상될 수 있으나 적용대상의 단기적 사용이나 사용패턴을 고려할 때 큰 문제가 되지 않는다.
제품의 성형과정에서 동시에 표면의 나노구조를 형성하기 위해서는 금형 부품으로서 나노패턴이 형성된 인서트, 즉 나노 몰드를 필요로 한다. 이러한 나노 몰드는 열가소성 수지 성형에 필요한 넓은 온도와 압력범위에 대해 충분한 강도와 내구성을 필요로 한다.
종래의 반도체 공정에 사용되는 리소그래피 기술이 패턴의 원형 (prototype)을 만들 때 필요하지만, 다양한 이미지와 제품에 필요한 다양한 몰드의 제작방법으로서는 적합하지 않은 문제점이 있다.
또한, 폴리머 성형기술로서 나노임프린트 리소그래피 기술과 이에 필요한 나노임프린트 몰드 제작기술이 적용 가능하지만, 나노임프린트 공정에 비해 높은 압력과 열이 작용하는 성형공정에는 그 강도와 내구성이 부족하다. 또한 다종의 이미지 몰드를 위해서는 동일 수량의 마스터 패턴이 필요하므로 경제성이 좋지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 경도 및 탄성계수 등 물리적, 기계적 물성이 우수한 나노 몰드를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 나노 몰드를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계; 상기 마스터 몰드의 패턴을 소프트 몰드에 전사하는 제1 전사 단계; 기재 상에 광경화성 코팅 용액을 도포하고 사전 경화하여 사전 경화 코팅층을 형성하는 단계; 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하는 제2 전사 단계; 및 상기 사전 경화 코팅층을 후경화하여 나노 몰드를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 것인 나노 몰드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는 상기 방법으로 제조되는 나노 몰드를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제조방법은 경도 및 탄성계수 등 물리적, 기계적 물성이 우수한 나노 몰드를 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 나노 몰드는 경도 및 탄성계수 등 물리적, 기계적 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조방법의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조방법에 사용되는 광경화성 코팅 용액의 조성 및 상기 광경화성 코팅 용액을 이용한 코팅층 형성 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지 및 문자의 구현예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노 몰드를 이용하여 구조색 기반 이미지가 형성된 제품을 제조하는 구현예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 코팅층의 두께를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1, 실시예 7 내지 실시예 9에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이다.
도 8은 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 문자를 나타낸 사진이다.
도 9는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 나노 패턴의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 나노 패턴의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 11은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 탄성계수를 나타낸 것이다.
도 12는 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 경도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조방법에 사용되는 광경화성 코팅 용액의 조성 및 상기 광경화성 코팅 용액을 이용한 코팅층 형성 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지 및 문자의 구현예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노 몰드를 이용하여 구조색 기반 이미지가 형성된 제품을 제조하는 구현예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 코팅층의 두께를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1, 실시예 7 내지 실시예 9에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이다.
도 8은 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 문자를 나타낸 사진이다.
도 9는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 나노 패턴의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 나노 패턴의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 11은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 탄성계수를 나타낸 것이다.
도 12는 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 경도를 나타낸 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계; 상기 마스터 몰드의 패턴을 소프트 몰드에 전사하는 제1 전사 단계; 기재 상에 광경화성 코팅 용액을 도포하고 사전 경화하여 사전 경화 코팅층을 형성하는 단계; 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하는 제2 전사 단계; 및 상기 사전 경화 코팅층을 후경화하여 나노 몰드를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 것인 나노 몰드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 나노물을 포함하는 패턴은 표면에 접촉하는 가시광선 중 특정한 파장의 빛을 굴절, 분산 및 산란시켜, 상기 특정 파장의 빛이 간섭(interference) 및 회절(diffraction)에 의해 특정 색상의 구조색을 구현하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 구조색은 상기 복수의 나노 구조물 및 패턴의 형태에 따라 특정 파장의 빛이 플라즈몬 공명에 흡수되고 나머지 파장대의 빛이 반사 혹은 투과되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드는 복수의 나노 구조물을 포함하는 단일한 패턴이 형성된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 단일한 패턴에 포함되는 나노 구조물은 단일방향의 회절격자, 구멍, 원기둥 또는 원뿔 등의 형상일 수 있다. 상기 회절격자는 한 방향의 그레이팅(grating) 구조이며 그 단면은 사각형, 삼각형 또는 다른 형태일 수 있다. 또한, 상기 복수의 나노 구조물은 단면이 원이 아닌 사각형이나 삼각형 등 다른 형태일 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 일련의 전사 과정을 통해 최종 성형품에 역상의 형태로 반영되는 것일 수 있다. 최종 성형품에 형성되는 구조색의 밝기나 선명도 등 광학적 성능은 회절효율에 관련되며, 상기 회절효율은 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴의 기하학에 의존하는 것일 수 있다. 따라서 상기 복수의 나노 구조물의 설계는 광학적 효과를 고려하여 치수 설계가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 그레이팅 형태의 경우 설계인자는 패턴의 폭(w), 높이(h), 피치(p) 일수 있고, 배열(array) 형태의 경우 직경(d) 깊이(h), 피치(p) 일 수 있다. 통상 피치는 0.3 내지 3 μm, 폭 또는 직경은 0.1 내지 1 μm, 깊이 또는 높이는, 폭 또는 직경과 세장비를 구성하는데 0.3:1 이상인 것이 적합할 수 있다. 또한, 깊이 또는 높이는, 폭 또는 직경에 비해 30% 이상인 것이 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역 및 상기 제1 나노 구조물과 상이한 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역 및 상기 제1 영역의 구조색과 상이한 구조색을 나타내는 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역 및 구조색을 나타내지 않는 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역을 포함하는 것일 수 있다. 상기 패턴이 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역 및 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역을 포함함으로써, 특정의 구조색을 나타내는 영역, 상이한 구조색을 나타내는 영역 및 구조색을 나타내지 않는 영역이, 규칙적 또는 불규칙적으로 나타나는 구조색 기반 무늬의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역은 나노 딤플, 회절격자, 구멍, 원기둥 또는 원뿔 형상의 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 전술한 형상의 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 경우 상기 제1 영역에서 특정한 구조색의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역은 피치 0.3 μm 이상 3 μm 이하, 직경 또는 폭 0.1 μm 이상 1 μm 이하, 높이 또는 깊이 30 nm 이상 600 nm 이하의 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1 나노 구조물의 피치는 0.3 μm 이상, 0.5 μm 이상, 0.7 μm 이상, 1 μm 이상, 1.2 μm 이상, 1.5 μm 이상, 1.7 μm 이상, 2 μm 이상, 2.2 μm 이상 또는 2.5 μm 이상인 것일 수 있고, 상기 제1 나노 구조물의 피치는 3 μm 이하, 2.7 μm 이하, 2.5 μm 이하, 2.3 μm 이하, 2.1 μm 이하, 1.9 μm 이하, 1.7 μm 이하, 1.5 μm 이하, 1.3 μm 이하 또는 1 μm 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 나노 구조물의 직경 또는 폭은 0.1 μm 이상, 0.2 μm 이상, 0.3 μm 이상, 0.4 μm 이상, 0.5 μm 이상, 0.6 μm 이상, 0.7 μm 이상, 0.8 μm 이상 또는 0.9 μm 이상인 것일 수 있고, 상기 제1 나노 구조물의 직경 또는 폭은 1 μm 이하, 0.9 μm 이하, 0.8 μm 이하, 0.7 μm 이하, 0.6 μm 이하, 0.5 μm 이하, 0.4 μm 이하, 0.3 μm 이하 또는 0.2 μm 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 30 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상, 250 nm 이상, 300 nm 이상, 350 nm 이상, 400 nm 이상, 450 nm 이상 또는 500 nm 이상인 것일 수 있고, 상기 제1 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 600 nm 이하, 550 nm 이하, 500 nm 이하, 450 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하, 200 nm 이하, 150 nm 이하 또는 100 nm 이하인 것일 수 있다. 상기 복수의 제1 나노 구조물이 전술한 범위의 피치, 직경 또는 폭, 높이 또는 깊이를 갖는 경우 상기 제1 영역에서 구조색의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역은 직경 또는 폭과 높이 또는 깊이의 비가 0.3:1 이상 1:1 이하인 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 복수의 제1 나노 구조물의 직경 또는 폭과 높이 또는 깊이의 비는 0.5:1 이상 1:1 이하, 0.7:1 이상 1:1 이하, 0.9:1 이상 1:1 이하, 0.3:1 이상 0.9:1 이하, 0.3:1 이상 0.7:1 이하, 0.3:1 이상 0.5:1 이하 또는 0.5:1 이상 0.7:1 이하인 것일 수 있다. 상기 복수의 제1 나노 구조물의 직경 또는 폭과 높이 또는 깊이의 비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 제1 영역에서 구조색의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역은 나노 딤플, 회절격자, 구멍, 원기둥 또는 원뿔 형상의 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 전술한 형상의 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 경우 상기 제2 영역에서 구조색이 구현되지 않도록 하거나, 상기 제1 영역의 구조색과 상이한 특정한 구조색의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 영역의 구조색과 상이한 구조색을 나타내는 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역은 피치 0.3 μm 이상 3 μm 이하, 직경 또는 폭 0.1 μm 이상 1 μm 이하, 높이 또는 깊이 30 nm 이상 600 nm 이하의 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제2 나노 구조물의 피치는 0.3 μm 이상, 0.5 μm 이상, 0.7 μm 이상, 1 μm 이상, 1.2 μm 이상, 1.5 μm 이상, 1.7 μm 이상, 2 μm 이상, 2.2 μm 이상 또는 2.5 μm 이상인 것일 수 있고, 상기 제2 나노 구조물의 피치는 3 μm 이하, 2.7 μm 이하, 2.5 μm 이하, 2.3 μm 이하, 2.1 μm 이하, 1.9 μm 이하, 1.7 μm 이하, 1.5 μm 이하, 1.3 μm 이하 또는 1 μm 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 나노 구조물의 직경 또는 폭은 0.1 μm 이상, 0.2 μm 이상, 0.3 μm 이상, 0.4 μm 이상, 0.5 μm 이상, 0.6 μm 이상, 0.7 μm 이상, 0.8 μm 이상 또는 0.9 μm 이상인 것일 수 있고, 상기 제2 나노 구조물의 직경 또는 폭은 1 μm 이하, 0.9 μm 이하, 0.8 μm 이하, 0.7 μm 이하, 0.6 μm 이하, 0.5 μm 이하, 0.4 μm 이하, 0.3 μm 이하 또는 0.2 μm 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 30 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상, 250 nm 이상, 300 nm 이상, 350 nm 이상, 400 nm 이상, 450 nm 이상 또는 500 nm 이상인 것일 수 있고, 상기 제2 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 600 nm 이하, 550 nm 이하, 500 nm 이하, 450 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하, 200 nm 이하, 150 nm 이하 또는 100 nm 이하인 것일 수 있다. 상기 복수의 제2 나노 구조물이 전술한 범위의 피치, 직경 또는 폭, 높이 또는 깊이를 갖는 경우 상기 제2 영역에서 상기 제1 영역과 상이한 특정한 구조색의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 영역의 구조색과 상이한 구조색을 나타내는 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역은 직경 또는 폭과 높이 또는 깊이의 비가 0.3:1 이상 1:1 이하인 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 복수의 제2 나노 구조물의 직경 또는 폭과 높이 또는 깊이의 비는 0.5:1 이상 1:1 이하, 0.7:1 이상 1:1 이하, 0.9:1 이상 1:1 이하, 0.3:1 이상 0.9:1 이하, 0.3:1 이상 0.7:1 이하, 0.3:1 이상 0.5:1 이하 또는 0.5:1 이상 0.7:1 이하인 것일 수 있다. 상기 복수의 제2 나노 구조물의 직경 또는 폭과 높이 또는 깊이의 비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 제2 영역에서 상기 제1 영역과 상이한 구조색의 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 구조색을 나타내지 않는 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역은 피치 100 nm 이상 500 nm 이하, 직경 또는 폭 10 nm 이상 300 nm 이하, 높이 또는 깊이 10 nm 이상 300 nm 이하의 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제2 나노 구조물의 피치는 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상, 250 nm 이상, 300 nm 이상, 350 nm 이상, 400 nm 이상 또는 450 nm 이상인 것일 수 있고, 상기 제2 나노 구조물의 피치는 500 nm 이하, 450 nm 이하, 400 nm 이하, 350 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하, 200 nm 이하, 150 nm 이하 또는 100 nm 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 나노 구조물의 직경 또는 폭은 10 nm 이상, 30 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상 또는 250 nm 이상인 것일 수 있고, 상기 제2 나노 구조물의 직경 또는 폭은 300 nm 이하, 250 nm 이하, 200 nm 이하, 150 nm 이하, 100 nm 이하 또는 50 nm 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 10 nm 이상, 30 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상 또는 250 nm 이상인 것일 수 있고, 상기 제2 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 300 nm 이하, 250 nm 이하, 200 nm 이하, 150 nm 이하, 100 nm 이하 또는 50 nm 이하인 것일 수 있다. 상기 복수의 제2 나노 구조물이 전술한 범위의 피치, 직경 또는 폭, 높이 또는 깊이를 갖는 경우 상기 제2 영역에서 구조색이 구현되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 마스터 몰드의 패턴을 소프트 몰드에 전사하는 제1 전사 단계;는 임프린팅 리소그래피의 방법으로 수행되는 것일 수 있다. 전술한 방법으로 제1 전사 단계가 수행되는 경우, 상기 소프트 몰드는 상기 마스터 몰드 상에 형성된 구조색을 나타내는 패턴 및 복수의 나노 구조물을 역상으로 갖게 되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전사 단계에 의해 상기 소프트 몰드 상에 마스터 몰드의 패턴과 역상을 이루는 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴을 형성함으로써, 상기 제1 전사 단계를 거친 소프트 몰드 상에 구조색이 구현되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 소프트 몰드의 소재는 열경화성 PDMS (Polydimethylsiloxane), 물성이 개질된 h-PDMS 또는 x-PDMS, UV 경화 수지로서 PUA(polyurethane acrylate), UV 경화되는 불소수지인 PFPE(perfluoro polyether), POSS(polyhedral oligomeric silsesquioxane) 또는 유무기 복합재료로 구성되는 상용제품인 Ormocer 기반의 ormostamp 또는 ormocomp 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 소프트 몰드가 전술한 소재로 형성되는 경우, 소프트 몰드의 형성이 용이할 수 있고, 마스터 몰드의 패턴 전사가 보다 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전사 단계;는 상기 소프트 몰드를 표면 처리하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 표면 처리는 실란계열의 자가조립단분자막(Self-assembled monolayer) 또는 소수성 플라즈마 처리일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 표면 처리는 상기 소프트 몰드의 표면에 대한 산소(O2) 가스를 이용한 플라즈마 처리 또는 사불화탄소(CF4) 가스를 이용한 플라즈마 처리일 수 있다. 전술한 표면 처리를 통해 상기 소프트 몰드와 후술하는 차폐 재료의 밀착성을 개선할 수 있고, 이후 패턴 전사 단계에서 이형성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재 상에 광경화성 코팅 용액을 도포하고 사전 경화하여 사전 경화 코팅층을 형성하는 단계;는 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 마스터 몰드의 패턴을 소프트 몰드에 전사하는 제1 전사 단계;에 대해 선행, 후행 또는 동시에 별도의 공정으로 행해지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재는 탄소강, 스테인레스스틸, 구리합금, 베릴륨동, 알루미늄합금, 니켈합금 등의 금형강, 3D 프린팅 소재, 폴리이미드 필름 등의 합성수지 등일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기재는 스테인레스스틸일 수 있다. 후술하는 코팅 및 전사에 적합한 물성을 갖는 소재의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 기재가 전술한 소재로 형성되는 경우, 상기 기재의 표면 거칠기가 코팅에 적합한 정도로 충분히 낮은 것일 수 있고, 나노 몰드의 경도 및 탄성계수 등 물리적, 기계적 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재는 평면 또는 곡면으로 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기재는 곡면으로 형성되는 것일 수 있다. 상기 기재가 전술한 형상으로 형성되는 경우, 다양한 형상을 갖는 제품의 표면에 구조색을 구현하기 위한 패턴을 전사할 수 있고, 이를 위한 다종의 나노 몰드를 저비용으로 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 코팅 용액은 아크릴계 화합물 및 광중합 개시제를 포함하는 광경화성 조성물 및 나노 입자가 분산된 용매를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화성 조성물은 아크릴계 화합물 및 광중합 개시제를 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광경화성 조성물은 아크릴계 화합물 모노머, 아크릴계 화합물 올리고머, 광중합 개시제 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 광경화성 조성물은 상기 나노 입자가 분산된 용매와 상호 혼합시 경화, 침전, 기포, 변색 등 화학적 반응이 없고, 상호간에 분리되지 않는 것이라면, 상용의 광경화성 조성물 또한 적절히 선택될 수 있다. 예를들어, 상기 광경화성 조성물은 PUA (polyurethane acrylate) 또는 Ormocer (Organically modified ceramics) 기반의 나노임프린트 몰드용 상용 광경화레진인 ormostamp를 포함하는 것일 수 있다. 전술한 광경화성 조성물을 사용하는 경우, 후술하는 제2 전사 단계 및 추가 경화 단계를 통해, 소프트 몰드 상에 형성된 패턴의 사전 경화 코팅층으로의 전사가 용이할 수 있고, 탄성계수 및 경도 등 수지 성형용 몰드로서의 사용에 요구되는 기계적 물성이 우수한 나노 몰드를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 입자의 직경은 5 nm 이상 30 nm 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 입자의 직경은 5 nm 이상 30 nm 이하, 10 nm 이상 30 nm 이하, 15 nm 이상 30 nm 이하, 20 nm 이상 30 nm 이하, 25 nm 이상 30 nm 이하, 5 nm 이상 25 nm 이하, 5 nm 이상 20 nm 이하, 5 nm 이상 15 nm 이하, 5 nm 이상 10 nm 이하, 10 nm 이상 25 nm 이하, 15 nm 이상 25 nm 이하 또는 20 nm 이상 25 nm 이하인 것일 수 있다. 상기 나노 입자의 직경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 나노 입자의 상기 용매 및 상기 광경화성 코팅 용액에 대한 분산성이 우수할 수 있고, 상기 코팅층 및 나노 몰드의 기계적 강도 등 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물의 총 부피를 기준으로, 10 부피 % 이상 60 부피 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물의 총 부피를 기준으로, 10 부피 % 이상, 13 부피 % 이상, 15 부피 % 이상, 18 부피 % 이상, 20 부피 % 이상, 25 부피 % 이상, 30 부피 % 이상, 35 부피 % 이상, 40 부피 % 이상, 45 부피 % 이상 또는 50 부피 % 이상인 것일 수 있고, 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물의 총 부피를 기준으로, 60 부피 % 이하, 50 부피 % 이하, 45 부피 % 이하, 40 부피 % 이하, 35 부피 % 이하, 30 부피 % 이하, 25 부피 % 이하, 20 부피 % 이하, 18 부피 % 이하 또는 15 부피% 이하인 것일 수 있다. 상기 나노 입자의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 나노 입자의 상기 용매 및 상기 광경화성 코팅 용액에 대한 분산성이 우수할 수 있고, 상기 코팅층 및 나노 몰드의 기계적 강도 등 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 입자의 함량은 상기 나노 입자가 분산된 용매 100 중량부를 기준으로, 5 중량부 이상 50 중량부 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 입자의 함량은 상기 나노 입자가 분산된 용매 100 중량부를 기준으로, 5 중량부 이상, 10 중량부 이상, 15 중량부 이상, 20 중량부 이상, 25 중량부 이상, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상 또는 40 중량부 이상인 것일 수 있고, 상기 나노 입자의 함량은 상기 나노 입자가 분산된 용매 100 중량부를 기준으로, 50 중량부 이하, 45 중량부 이하, 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하, 25 중량부 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 나노 입자의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 나노 입자의 상기 용매 및 상기 광경화성 코팅 용액에 대한 분산성이 우수할 수 있고, 상기 코팅층 및 나노 몰드의 기계적 강도 등 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물 100 중량부를 기준으로, 25 중량부 이상 1000 중량부 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물 100 중량부를 기준으로, 25 중량부 이상, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상, 40 중량부 이상, 45 중량부 이상, 50 중량부 이상, 55 중량부 이상, 60 중량부 이상, 65 중량부 이상, 70 중량부 이상, 75 중량부 이상 또는 80 중량부 이상인 것일 수 있고, 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물 100 중량부를 기준으로, 1000 중량부 이하, 900 중량부 이하, 800 중량부 이하, 700 중량부 이하, 600 중량부 이하, 500 중량부 이하, 400 중량부 이하, 300 중량부 이하, 200 중량부 이하 또는 100 중량부 이하인 것일 수 있다. 상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물 100 중량부를 기준으로, 30 중량부 이상인 것일 수 있다. 상기 나노 입자의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 나노 입자의 상기 용매 및 상기 광경화성 코팅 용액에 대한 분산성이 우수할 수 있고, 상기 코팅층 및 나노 몰드의 기계적 강도 등 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 조성물 및 상기 나노 입자가 분산된 용매의 중량비는 1:2 이상 1:20 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화성 조성물 및 상기 나노 입자가 분산된 용매의 중량비는 1:2 이상 1:20 이하, 1:3 이상 1:20 이하, 1:4 이상 1:20 이하, 1:5 이상 1:20 이하, 1:7 이상 1:20 이하, 1:10 이상 1:20 이하, 1:12 이상 1:20 이하, 1:15 이상 1:20 이하, 1:3 이상 1:15 이하, 1:3 이상 1:12 이하, 1:3 이상 1:10 이하, 1:3 이상 1:7 이하 또는 1:3 이상 1:5 이하인 것일 수 있다. 상기 나노 입자가 분산된 용매의 첨가량이 늘어날수록 상기 광경화성 조성물의 점도가 낮아질 수 있고, 이에 따라 상기 코팅층의 코팅 두께가 감소할 수 있다. 상기 광경화성 조성물 및 상기 나노 입자가 분산된 용매의 중량비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 코팅층이 성형에 적합한 코팅 두께를 가질 수 있고, 나노 몰드의 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 입자는 ZrO2, TiO2, Al2O3 및 SiO2 중에서 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 입자는 ZrO2를 포함하는 것일 수 있다. 상기 나노 입자가 전술한 소재를 포함하는 경우, 상기 코팅층 및 나노 몰드의 기계적물성이 우수할 수 있고, 화학적 안정성이 우수하고, 자외선 또는 가시광선에 대해 투과율이 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 용매는 Ethanol, MIBK(Methyl Isobutyl Ketone), PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), PGME(Propylene Glycol Monomethyl Ether) 또는 이들의 혼합물인 것일 수 있다. 상기 용매가 전술한 종류의 것인 경우, 상기 기재의 표면에 코팅되고 이후 경화되는 과정에서 증발이 용이할 수 있고, 나노 입자의 분산이 균일하게 이루어질 수 있으며, 상기 광경화성 코팅 용액의 점도를 낮게 유지하여 코팅 및 소프트 몰드에 의한 패턴 전사 과정에서 성형성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 코팅은 드롭코팅(drop coating), 스핀코팅(spin coating). 딥코팅 (dip coating), 슬롯다이 (slot die) 또는 블레이드(blade)를 이용한 코팅의 방법으로 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅은 스핀코팅일 수 있으며, 상기 스핀코팅은 100 rpm 이상 5000 rpm 이하의 조건에서 10 초 이상 5 분 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 용매의 종류, 나노 입자의 첨가량, 코팅 방법, 코팅 속도에 따라 코팅 두께가 변경되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 사전 경화는 열 경화일 수 있다. 구체적으로, 상기 사전 경화는 상기 광경화성 코팅 용액을 상기 기재 상에 코팅한 후, 상기 사전 경화 코팅층의 물성을 성형에 적합하도록 조절하기 위해서 일정한 시간 동안 소정의 온도로 코팅층을 가열하여 경화하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 사전 경화는 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하의 온도에서 1분 이상 1 시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 사전 경화는 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 60 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 70 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 80 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 50 ℃ 이상 80 ℃ 이하, 50 ℃ 이상 70 ℃ 이하, 50 ℃ 이상 60 ℃ 이하 또는 60 ℃ 이상 80 ℃ 이하의 온도에서 수행되는 것일 수 있고, 상기 사전 경화는 1분 이상 1 시간 이하, 1분 이상 50 분 이하, 1분 이상 40 분 이하, 1분 이상 30 분 이하, 1분 이상 20 분 이하, 1분 이상 10 분 이하, 10분 이상 1 시간 이하, 20분 이상 1 시간 이하, 30분 이상 1 시간 이하, 40분 이상 1 시간 이하 또는 50분 이상 1 시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 전술한 범위의 사전 경화 온도 및 시간 조건을 만족하는 경우, 상기 사전 경화 코팅층이 성형에 적합한 물성을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 조성물의 종류에 따라 상기 사전 경화 조건이 달라질 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 몰드의 기계적 물성이 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 사전 경화 코팅층의 두께는 300 nm 이상 3 μm 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 사전 경화 코팅층의 두께는 300 nm 이상 3 μm 이하, 500 nm 이상 3 μm 이하, 700 nm 이상 3 μm 이하, 900 nm 이상 3 μm 이하, 1 μm 이상 3 μm 이하, 2 μm 이상 이상 3 μm 이하, 300 nm 이상 2 μm 이하, 300 nm 이상 1 μm 이하, 300 nm 이상 700 nm 이하 또는 300 nm 이상 500 nm 이하인 것일 수 있다. 전술한 범위의 코팅층의 두께를 만족하는 경우, 패턴 전사 시의 성형성이 우수할 수 있고, 나노 몰드의 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하는 제2 전사 단계;는 포토 리소그래피, 임프린팅 리소그래피 또는 이들의 조합의 방법으로 수행되는 것일 수 있다. 전술한 방법으로 제1 전사 단계가 수행되는 경우, 상기 사전 경화 코팅층은 상기 소프트 몰드 상에 형성된 구조색을 나타내는 패턴 및 복수의 나노 구조물을 역상으로 갖게 되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전사 단계에 의해 상기 소프트 몰드 상에 마스터 몰드의 패턴과 역상을 이루는 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴을 형성하고, 상기 제2 전사 단계에 의해 상기 사전 경화 코팅층 상에 소프트 몰드의 패턴과 역상을 이루는 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴을 형성함으로써, 상기 제2 전사 단계를 거친 사전 경화 코팅층 상에 구조색이 구현되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전사 단계;는 상기 사전 경화 코팅층을 추가 경화하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 추가 경화는 광 경화일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 추가 경화 시에 상기 소프트 몰드는 마스크와 유사한 역할을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 추가 경화는 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하는 제2 전사 단계 이후, 투명한 상기 소프트 몰드 상에 UV 조명을 설치하여 일정시간 UV 광을 조사하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 추가 경화는 상기 추가 경화 코팅층의 물성이 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴의 형성에 적합하도록 조절하기 위해서 일정한 시간 동안 UV 광을 조사하여 상기 사전 경화 코팅층을 추가 경화하는 것일 수 있다. 상기 소프트 몰드는 상기 추가 경화가 종료된 이후 상기 기재 상에서 분리되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 추가 경화는 500 mJ/cm2 이상 3000 mJ/cm2 이하의 광량으로 1분 이상 1 시간 이하의 시간 동안 UV를 조사하여 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 추가 경화는 경화는 500 mJ/cm2 이상 3000 mJ/cm2 이하, 500 mJ/cm2 이상 2500 mJ/cm2 이하, 500 mJ/cm2 이상 2000 mJ/cm2 이하, 500 mJ/cm2 이상 1500 mJ/cm2 이하, 500 mJ/cm2 이상 1000 mJ/cm2 이하, 1000 mJ/cm2 이상 3000 mJ/cm2 이하, 1500 mJ/cm2 이상 2000 mJ/cm2 이하, 2500 mJ/cm2 이상 3000 mJ/cm2 이하 또는 1000 mJ/cm2 이상 2000 mJ/cm2 이하의 광량으로 UV를 조사하여 수행되는 것 일 수 있고, 상기 추가 경화는 1분 이상 1 시간 이하, 1분 이상 50 분 이하, 1분 이상 40 분 이하, 1분 이상 30 분 이하, 1분 이상 20 분 이하, 1분 이상 10 분 이하, 10분 이상 1 시간 이하, 20분 이상 1 시간 이하, 30분 이상 1 시간 이하, 40분 이상 1 시간 이하 또는 50분 이상 1 시간 이하의 시간 동안 UV를 조사하여 수행되는 것일 수 있다. 전술한 범위의 추가 경화 광량 및 시간 조건을 만족하는 경우, 상기 추가 경화 코팅층이 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴의 형성에 적합한 물성을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 조성물의 종류에 따라 상기 추가 경화 조건이 달라질 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 몰드의 기계적 물성이 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 추가 경화 코팅층의 두께는 300 nm 이상 3 μm 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 추가 경화 코팅층의 두께는 300 nm 이상 3 μm 이하, 500 nm 이상 3 μm 이하, 700 nm 이상 3 μm 이하, 900 nm 이상 3 μm 이하, 1 μm 이상 3 μm 이하, 2 μm 이상 이상 3 μm 이하, 300 nm 이상 2 μm 이하, 300 nm 이상 1 μm 이하, 300 nm 이상 700 nm 이하 또는 300 nm 이상 500 nm 이하인 것일 수 있다. 전술한 범위의 코팅층의 두께를 만족하는 경우, 패턴 전사 시의 성형성이 우수할 수 있고, 나노 몰드의 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전사 단계;는 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴의 일부 영역을 차폐하여 구조색 기반 이미지 또는 문자를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 일부 영역의 차폐는 구조색 기반의 패턴을 갖는 이미지 또는 문자를 형성하고자 하는 제1 영역 및 제2 영역을 제외한 제3 영역에 대하여 이루어지는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역 및 상기 제1 나노 구조물과 상이한 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역은 각각 구조색이 나타날 수 있고, 상기 차폐를 통해 상기 복수의 나노 구조물을 포함하지 않는 제3 영역은 구조색이 나타나지 않는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전사 단계;는 단일한 종류의, 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드를 이용하여 이와 역상의 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드를 복제하고, 상기 소프트 몰드 상의 제3 영역을 차폐하여 구조색 기반의 이미지를 형성함으로써, 최종적으로 제조되는 나노 몰드 상에 선택적으로 구조색 기반의 이미지를 전사하는 것일 수 있다. 구조색 패턴을 갖는 마스터 몰드 자체의 일부 영역을 차폐하여 구조색 기반의 이미지 또는 문자를 형성하는 경우 각각의 이미지에 대하여 각각 고가의 마스터 몰드의 제조가 필요하며 따라 비용효율적이지 않다. 이에 대하여, 상기 구조색 패턴을 갖는 소프트 몰드 상의 상기 제3 영역을 차폐하여 구조색 기반 이미지 또는 문자를 형성하는 경우 보다 저렴한 비용으로 최종 제품에 다양한 구조색 기반의 이미지 또는 문자를 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 차폐는 상기 소프트 몰드 상의 구조색을 차단하고자 하는 상기 제3 영역에 소정의 물질을 프린팅하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 제3 영역의 차폐는 제2 전사 단계 및 제품 성형 단계에서 마스킹 역할을 하여 구조색 발색이 필요한 부분에만 나노 구조를 형성하도록 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 차폐는 상기 소프트 몰드와 동일 소재 또는 상이한 소재를 사용하여 프린팅의 방법으로 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 소프트 몰드가 PDMS 소재인 경우 PDMS를 사용하여 차폐가 수행되는 것일 수 있고, 상기 소프트 몰드가 광경화성 레진 소재인 경우 광경화레진을 사용하여 차폐가 수행되는 것일 수 있다. 상기 차폐는 상기 소프트 몰드와 동일한 소재를 사용하여 수행하는 것이 바람직하나, 차폐 소재의 프린팅 방법에 따라 소프트 몰드의 소재와 상이한 소재를 사용하여 차폐가 수행될 수 있다. 상기 차폐가 전술한 소재를 사용하여 수행되는 경우, 상기 소프트 몰드와 상기 차폐 소재의 밀착성이 개선될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 프린팅 방법은 저점도 액적을 토출하는 잉크젯방식, 기타 플랙소그래피, 오프셋 프린팅 또는 패드 프린팅 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 프린팅 방법이 전술한 종류인 경우, 상기 차폐가 소정의 해상도를 구현하는데 적합할 수 있다.
상기 프린팅 방법은 150 dpi 이상의 해상도를 갖는 것일 수 있다. 상기 프린팅 방법이 전술한 범위의 해상도를 갖는 경우, 상업용 사용에 적합한 선명한 구조색 이미지를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 후경화는 열 경화일 수 있다. 구체적으로, 상기 후경화는 상기 추가 경화 코팅층의 물성을 제품 성형에 적합하도록 조절하기 위해서 일정한 시간 동안 소정의 온도로 상기 추가 경화 코팅층을 가열하여 경화하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 후경화는 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도에서 1분 이상 1 시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 후경화는 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 120 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 140 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 160 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 180 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 100 ℃ 이상 180 ℃ 이하, 100 ℃ 이상 160 ℃ 이하, 100 ℃ 이상 140 ℃ 이하, 120 ℃ 이상 180 ℃ 이하 또는 140 ℃ 이상 160 ℃ 이하의 온도에서 수행되는 것일 수 있고, 상기 후경화는 1분 이상 1 시간 이하, 1분 이상 50 분 이하, 1분 이상 40 분 이하, 1분 이상 30 분 이하, 1분 이상 20 분 이하, 1분 이상 10 분 이하, 10분 이상 1 시간 이하, 20분 이상 1 시간 이하, 30분 이상 1 시간 이하, 40분 이상 1 시간 이하 또는 50분 이상 1 시간 이하의 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 전술한 범위의 후경화 온도 및 시간 조건을 만족하는 경우, 상기 코팅층이 제품의 성형에 적합한 물성을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 조성물의 종류에 따라 상기 후경화 조건이 달라질 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 몰드의 기계적 물성이 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 후경화 코팅층의 두께는 300 nm 이상 3 μm 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 후경화 코팅층의 두께는 300 nm 이상 3 μm 이하, 500 nm 이상 3 μm 이하, 700 nm 이상 3 μm 이하, 900 nm 이상 3 μm 이하, 1 μm 이상 3 μm 이하, 2 μm 이상 이상 3 μm 이하, 300 nm 이상 2 μm 이하, 300 nm 이상 1 μm 이하, 300 nm 이상 700 nm 이하 또는 300 nm 이상 500 nm 이하인 것일 수 있다. 전술한 범위의 코팅층의 두께를 만족하는 경우, 패턴 전사 시의 성형성이 우수할 수 있고, 나노 몰드의 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 전술한 나노 몰드의 제조 방법으로 제조되는 나노 몰드를 제공한다. 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조 방법으로 제조되는 나노 몰드는 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 몰드의 경도는 10 MPa 이상인 것일 수 있다. 상기 나노 몰드의 경도는 10 MPa 이상 500 MPa 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 나노 몰드의 경도는 10 MPa 이상, 20 MPa 이상, 40 MPa 이상, 60 MPa 이상, 80 MPa 이상, 100 MPa 이상, 120 MPa 이상, 140 MPa 이상, 160 MPa 이상, 180 MPa 이상 또는 200 MPa 이상인 것일 수 있고, 상기 나노 몰드의 경도는 500 MPa 이하, 450 MPa 이하, 400 MPa 이하, 350 MPa 이하, 300 MPa 이하 또는 250 MPa 이하인 것일 수 있다. 상기 나노 몰드의 경도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 나노 몰드의 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있고, 제품 성형에 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 나노 몰드의 탄성계수는 1 GPa 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 몰드의 탄성계수는 1 GPa 이상 15 GPa 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 몰드의 탄성계수는 1 GPa 이상, 2 GPa 이상, 4 GPa 이상, 6 GPa 이상, 8 GPa 이상, 10 GPa 이상 또는 12 GPa 이상인 것일 수 있고, 상기 나노 몰드의 탄성계수는 15 GPa 이하, 14 GPa 이하, 12 GPa 이하 또는 10 GPa 이하인 것일 수 있다. 상기 나노 몰드의 탄성계수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 나노 몰드의 기계적 강도 등의 물성이 우수할 수 있고, 제품 성형에 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 나노 몰드를 이용하여 구조색 기반 이미지가 형성된 제품 또는 필름을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 상태에 따른 구조색 기반 이미지가 형성된 제품 또는 필름을 제조하는 방법은 상업용 사용에 적합한 선명한 구조색 이미지 또는 문자를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 나노 몰드를 이용하여 구조색 기반 이미지가 형성된 제품 또는 필름을 제공한다. 본 발명의 일 실시상태에 따른 구조색 기반 이미지가 형성된 제품 또는 필름은 상업용 사용에 적합한 선명한 구조색 이미지 또는 문자를 구현할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시상태를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조방법의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조방법에 사용되는 광경화성 코팅 용액의 조성 및 상기 광경화성 코팅 용액을 이용한 코팅층 형성 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조방법에 사용되는 광경화성 코팅 용액의 조성을 모식적으로 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 상기 광경화성 코팅 용액을 이용한 코팅층 형성 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 1의 (a) 및 도 2의 (a)를 참고하면, 먼저 아크릴계 화합물 및 광중합 개시제를 포함하는 광경화성 조성물 및 나노 입자가 분산된 용매를 포함하는 광경화성 코팅 용액을 준비할 수 있다.
도 1의 (b)를 참고하면, 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드(10)를 준비하고, 제1 전사 단계를 통하여 상기 마스터 몰드(10)의 패턴을 소프트 몰드에 전사하여 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드(20)을 제조할 수 있다.
도 1의 (c) 내지 (e) 및 도 2의 (b)를 참고하면, 이후, 기재(40) 상에 광경화성 코팅 용액을 도포하여 코팅층(30)을 형성하고, 사전 경화(열 경화)하여 사전 경화 코팅층을 형성할 수 있다. 이후, 제2 전사 단계를 통하여, 상기 제1 전사를 통해 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드(20)의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하고, UV를 조사함으로써 추가 경화(광 경화)하여 추가 경화 코팅층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 추가 경화 코팅층을 후경화(열 경화)하여 상기 기재(40) 상에 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 코팅층(50)을 형성하여 본 발명에 따른 나노 몰드(100)를 제조할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지 및 문자의 구현예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노 몰드를 이용하여 구조색 기반 이미지가 형성된 제품을 제조하는 구현예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5의 (a), 도 3 내지 도 5의 (b), 및 도 8의 (a)를 참고하면, 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드(10)를 준비하고, 제1 전사 단계를 통하여 상기 마스터 몰드(10)의 패턴을 소프트 몰드에 전사하여 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드(20)을 제조하여 준비할 수 있다.
이후, 상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드(20)는 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴의 일부 영역을 차폐하여 구조색 기반 이미지 또는 문자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이를 통해, 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 소프트 몰드(20')를 형성할 수 있다. 상기 차폐에 따라, 상기 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 소프트 몰드(20') 상에는 복수의 제1 나노 구조물을 포함하는 제1 영역(21), 복수의 제2 나노 구조물을 포함하는 제2 영역(22) 및 나노 구조물을 포함하지 않는 제3 영역(23)이 형성될 수 있다.
도 3의 (c) 내지 (e), 및 도 5의 (c) 내지 (d)를 참고하면, 전술한 바와 같이 기재(40) 상에 광경화성 코팅 용액을 도포하여 코팅층(30)을 형성하고, 사전 경화(열 경화)하여 사전 경화 코팅층을 형성할 수 있다. 이후, 제2 전사 단계를 통하여, 상기 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 소프트 몰드(20')의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하고, UV를 조사함으로써 추가 경화(광 경화)하여 추가 경화 코팅층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 추가 경화 코팅층을 후경화(열 경화)하여 상기 기재(40) 상에 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 코팅층(50')을 형성하여 본 발명에 따른 나노 몰드(100)를 제조할 수 있다.
도 5의 (e)를 참고하면, 본 발명에 따른 나노 몰드(100)를 이용하여 열가소성 수지로 형성되는 필름 또는 제품 자체를 성형함으로써, 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 필름(60') 또는 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 제품(200)을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예
실시예 1
피치 3um, 직경 800 nm, 높이 500 nm 나노딤플이 양각으로 형성된 제1 영역 및 피치 400nm, 직경 180nm, 높이 100nm 나노딤플이 양각으로 형성된 제2 영역을 포함하는 패턴을 갖는 마스터 몰드를 준비하였다. 이후, 상기 마스터 몰드에 형성된 패턴을 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 소재의 소프트 몰드 상에 임프린팅 리소그래피의 방법으로 전사하여 상기 마스터 몰드상의 패턴에 대응되는 패턴이 음각으로 형성된 소프트 몰드를 제조하였다.
이후, 상기 구조색을 나타내는 패턴이 전면에 형성된 소프트 몰드 상의 비이미지 영역(제3 영역)을 UV 평판 프린터(DMP 3060N, DMP 社)를 이용하여 차폐하여, 구조색 기반의 이미지를 형성하고자 하는 소프트 몰드의 일부 영역(제1 영역 및 제2 영역)에만 구조색을 나타내는 패턴이 형성되도록 함으로써, 소프트 몰드 상에 구조색 기반의 이미지를 형성하였다.
광경화성 코팅 용액으로서, ZrO2 나노 입자가 고르게 분산된 PGMEA(Propylene glycol methyl ether acetate, Sigma-Aldrich 社) 용매와 광경화성 조성물로서 Ormostamp(Microresist 社)를 혼합하여 준비하였다. 이 때, 상기 용매에 분산된 나노입자의 직경은 약 25nm, ZrO2의 함량은 상기 나노 입자가 분산된 용매 100 중량부를 기준으로 36.7 중량부, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비는 2:1로 조절하였다.
스테인레스 스틸 재질의 40 X 40 mm2 기재를 준비하고, 상기 기재 상에 상기 광경화성 코팅 용액을 1000 rpm으로 30 초 동안 스핀 코팅하고, 패턴 전사를 위한 성형에 적합하도록 80 ℃에서 2 분 동안 가열하여 사전 경화된 코팅층을 형성하였다.
이후, 상기 음각 패턴이 형성된 소프트 몰드를 이용하여 소프트 임프린팅함으로써 상기 기재 상에 형성된 사전 경화 코팅층에 상기 음각 패턴과 대응되는 양각 패턴이 형성되도록 성형하고, 1000 mJ/cm2의 광량으로 UV를 조사(UV ramp B 100sp, Analytikjena 社)하여 추가 경화하였다.
이후, 열가소성 수지 성형에 적합한 경도와 내구성을 갖도록 하기 위해, 160 ℃에서 20분 동안 가열하여 후경화된 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 2
광경화성 코팅 용액으로서, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비를 3:1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 3
광경화성 코팅 용액으로서, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비를 4:1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 4
광경화성 코팅 용액으로서, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비를 6:1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 5
광경화성 코팅 용액으로서, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비를 7:1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 6
광경화성 코팅 용액으로서, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비를 15:1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 7
High Temp Resin 소재를 이용하여 3D 프린팅(Form2, Formlabs 社)으로 제작한 볼록한 원통형상 기재를 준비하고, 상기 기재 상에 상기 사전 경화 코팅층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 8
베릴륨 재질의 오목한 원통형상 기재를 준비하고, 상기 기재 상에 상기 사전 경화 코팅층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실시예 9
폴리이미드 필름 재질의 기재를 준비하고, 상기 기재 상에 상기 사전 경화 코팅층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
비교예 1
광경화성 코팅 용액으로서, Ormostamp만을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
비교예 2
광경화성 코팅 용액으로서, 상기 ZrO2 나노 입자가 분산된 용매와 Ormostamp의 중량비를 1:1로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 몰드를 제조하였다.
실험예
코팅 및 나노 패턴 전사 평가
비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 광경화성 코팅 용액을 준비하였다. 이후, 상기 광경화성 코팅 용액을 20 X 20 mm2 Glass 기재 상에 1000 rpm, 30 sec 조건으로 스핀 코팅하고 사전 경화하여 용매를 모두 증발시킨 후 코팅층의 두께를 측정하였다. 이때, 사전 경화는 80 ℃에서 2 분 동안 가열하여 수행하였다.
또한, 사전 경화 이후 용매가 증발한 잔류물의 성분 분석을 통해 나노 입자 함량을 측정하였다. 이 때, 나노 입자 함량은 광경화성 조성물 100 중량부 및 광경화성 조성물의 총 부피를 기준으로 나타내었다.
상기 사전 경화된 코팅층 상에 패턴이 형성된 소프트 몰드를 이용하여 패턴을 전사하고, 1000 mJ/cm2 조건의 UV 조사를 통해 추가 경화 및 160 ℃에서 20 분 동안 가열을 통해 후경화하여 제조된 나노 몰드에 대해 나노 패턴 전사를 평가하였다. 이때, 나노 패턴 전사 평가 결과는, 제조된 나노 몰드 상의 구조색 발현 여부를 기준으로 구조색이 발현되는 경우 'O', 구조색이 발현되지 않는 경우 'X'로 나타내었다.
상기 평가에 따른 두께, 나노 입자 함량, 나노 패턴 전사 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.
샘플 | 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | |
나노 입자 함량 | Wt % | 0 | 26.8 | 42.3 | 52.4 | 59.5 | 68.8 | 72.0 | 84.6 |
Vol % | 0 | 7.2 | 13.4 | 18.9 | 23.6 | 31.8 | 35.2 | 53.8 | |
코팅두께(μm) | 40.29 | 7.2 | 4.6 | 3.3 | 2.62 | 2.11 | 1.99 | 1.45 | |
패턴 전사 평가 | O | O | O | O | O | O | O | O |
광경화성 코팅 용액의 나노 입자 함량 변화에 따른 코팅층의 두께 변화를 확인하기 위해, 나노 입자 함량을 광경화성 조성물의 총 부피를 기준으로, 0 부피 % 내지 60 부피 %로 조절한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅층을 형성하고, 두께를 측정한 결과를 하기 도 6에 나타내었다. 이 때, 나노 입자 함량은 광경화성 조성물 100 중량부를 기준으로 나타내었다.
도 6은 본 발명에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 코팅층의 두께를 나타낸 것이다.
상기 표 1 및 도 6을 참고하면, 나노 입자 분산 용매의 첨가량이 늘어날수록 광경화성 코팅 용액의 점도가 낮아지므로 코팅 두께가 감소하지만 나노임프린팅에 의한 패턴 전사에는 영향이 없음을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조 방법으로 제조한 나노 몰드는 광경화성 조성물의 기계적 강도 개선을 위해 나노 입자를 소정의 비율로 혼합한 경우에도, 코팅층 형성 및 구조색 이미지 구현에 필요한 나노 구조물 형성이 양호한 것을 알 수 있다.
다양한 소재 및 형상의 기재를 사용한 경우의 패턴 전사를 확인하기 위해, 상기 패턴 전사 평가와 동일한 방법으로, 실시예 1 및 실시예 7 내지 실시예 9에 따른 나노 몰드에 대하여 패턴 전사 평가를 수행한 결과를 하기 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7은 실시예 1, 실시예 7 내지 실시예 9에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 7의 (a)는 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이고, 도 7의 (b)는 실시예 7에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이고, 도 7의 (c)는 실시예 8에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이고, 도 7의 (d)는 실시예 9에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 이미지를 나타낸 사진이다.
도 8은 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 문자를 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 8의 (a)는 실시예 1에 따른 나노 몰드에 패턴을 전사하기 위한 소프트 몰드 상에 구현된 구조색 기반 문자를 나타낸 사진이고, 도 8의 (b)는 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 구현된 구조색 기반 문자를 나타낸 사진이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 스테인레스 스틸 기재를 사용한 실시예 1의 나노 몰드 외에 다른 재료를 사용한 실시예 7 내지 실시예 9의 나노 몰드의 경우에도 코팅 및 임프린팅을 통해 기재 상에 형성된 나노 패턴에 의해 구조색의 발현이 양호한 것을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명에 따른 나노 몰드는 다양한 소재 및 형상의 기재를 사용하여 구조색 기반 이미지를 형성할 수 있음을 알 수 있다.
전사 내구성 평가
성형 재료로서 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 재질의 1 mm 두께 필름을 준비하였다.
비교예 1 및 실시예 1에 따른 나노 몰드를 이용하여 상기 PMMA 필름 상에 핫엠보싱(hot embossing)의 방법으로 30회 반복하여 전사한 후, 나노 몰드 상의 양각 패턴이 형성된 제1 영역 및 제2 영역에 대한 SEM(10,000x, NanSEM 200, Nova 社) 이미지를 촬영하여 하기 도 9 및 도 10에 나타내었다. 이후, 전사 전후 각 영역의 나노 구조체들의 형태 변화를 외관 평가하였다.
이때, 나노 몰드의 온도는 140 ℃, PMMA 필름과 나노 몰드의 접촉압력은 7.1 MPa, 가압시간은 10 분으로 조절하였다.
도 9는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 나노 패턴의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 9의 (a)는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제1 영역의 SEM 이미지이고, 도 9의 (b)는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제1 영역의 1회 열가소성 수지 성형 후의 SEM 이미지이고, 도 9의 (c)는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제2 영역의 SEM 이미지이고, 도 9의 (d)는 비교예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제2 영역의 1회 열가소성 수지 성형 후의 SEM 이미지이다.
도 10은 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 나노 패턴의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 10의 (a)는 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제1 영역의 SEM 이미지이고, 도 10의 (b)는 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제1 영역의 30회 열가소성 수지 성형 후의 SEM 이미지이고, 도 10의 (c)는 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제2 영역의 SEM 이미지이고, 도 10의 (d)는 실시예 1에 따른 나노 몰드 상에 형성된 제2 영역의 30회 열가소성 수지 성형 후의 SEM 이미지이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 광경화성 조성물만을 사용하여 제조한 비교예 1에 따른 나노 몰드는 열가소성 수지성형시에 제1 성형에서 나노 구조물이 파괴되어 떨어져 나간 것을 확인하였다. 반면, 광경화성 조성물 및 나노 입자가 분산된 용매를 포함하는 광경화성 코팅 용액을 사용하여 제조한 실시예 1에 따른 나노 몰드는 나노 몰드를 동일조건으로 성형할 때 초기와 30회 성형 후의 나노 구조체의 변화가 거의 없는 것을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조 방법으로 제조한 나노 몰드는 가열 및 가압 조건에서의 내구성이 우수하여 광경화성 수지의 반복 성형에 적합한 것을 알 수 있다.
기계적 물성 평가
나노입자 함량의 증가에 따른 나노 몰드의 기계적 물성 증가를 파악하기 위해, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드 시편을 준비하고 나노인덴테이션 시험(Nanoindentation method)을 통해 경도와 탄성계수를 측정하여 하기 도 11 및 도 12에 나타내었다.
도 11은 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 탄성계수를 나타낸 것이다.
도 12는 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 나노 몰드의 나노 입자 함량 변화에 따른 경도를 나타낸 것이다.
도 11 및 도 12을 참고하면, 10개 포인트에 대한 탄성계수 및 경도를 측정한 결과 순수한 광경화수지 ormostamp를 사용한 비교예 1의 탄성계수는 75±2 MPa, 경도는 9.7±0.16 MPa로 측정되었다. 42.3 중량부의 나노 입자 함량을 나타내는 실시예 1에서부터 나노 입자 함량 증가에 따라 탄성계수와 경도가 뚜렷히 증가하기 시작하며, 이후 함량 증가에 대해 지수적으로 증가함을 확인 하였다. 실험조건에서 나노 입자 함량이 84.6 중량부인 실시예 6의 경우 탄성계수는 11.9±0.25 GPa로서 비교예 1보다 158배 증가하였으며, 경도는 146.9±0.1 MPa로서 15.1배 증가한 것을 확인 하였다. 이를 통해, 본 발명에 따른 나노 몰드의 제조 방법으로 제조한 나노 몰드는 탄성계수 및 경도 등 수지 성형용 몰드로서의 사용에 요구되는 기계적 물성이 우수한 것을 알 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 전술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 나노 몰드
10: 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드
20: 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드
20': 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 소프트 몰드
21: 복수의 제1 나노 구조물을 포함하는 제1 영역
22: 복수의 제2 나노 구조물을 포함하는 제2 영역
23: 나노 구조물을 포함하지 않는 제3 영역
30: 코팅층
40: 기재
50: 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 코팅층
50': 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 코팅층
60': 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 필름
200: 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 제품
10: 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드
20: 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 소프트 몰드
20': 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 소프트 몰드
21: 복수의 제1 나노 구조물을 포함하는 제1 영역
22: 복수의 제2 나노 구조물을 포함하는 제2 영역
23: 나노 구조물을 포함하지 않는 제3 영역
30: 코팅층
40: 기재
50: 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 코팅층
50': 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 코팅층
60': 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 필름
200: 구조색 기반 이미지 또는 문자가 형성된 제품
Claims (13)
- 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계;
상기 마스터 몰드의 패턴을 소프트 몰드에 전사하는 제1 전사 단계;
기재 상에 광경화성 코팅 용액을 도포하고 사전 경화하여 사전 경화 코팅층을 형성하는 단계;
상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴을 상기 사전 경화 코팅층에 전사하는 제2 전사 단계; 및
상기 사전 경화 코팅층을 후경화하여 나노 몰드를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노 구조물을 포함하는 패턴은 구조색을 나타내는 복수의 제1 나노 구조물이 형성된 제1 영역 및 상기 제1 나노 구조물과 상이한 복수의 제2 나노 구조물이 형성된 제2 영역을 포함하는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전사 단계;는 상기 소프트 몰드를 표면 처리하는 단계;를 더 포함하는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기재는 곡면으로 형성되는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광경화성 코팅 용액은 아크릴계 화합물 및 광중합 개시제를 포함하는 광경화성 조성물 및 나노 입자가 분산된 용매를 포함하는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 나노 입자의 직경은 5 nm 이상 30 nm 이하인 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 나노 입자의 함량은 상기 광경화성 조성물의 총 부피를 기준으로, 10 부피 % 이상 60 부피 % 이하인 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 나노 입자는 ZrO2, TiO2, Al2O3 및 SiO2 중에서 적어도 하나를 포함하는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전사 단계;는 상기 사전 경화 코팅층을 추가 경화하는 단계;를 더 포함하는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전사 단계;는 상기 제1 전사된 소프트 몰드의 패턴의 일부 영역을 차폐하여 구조색 기반 이미지 또는 문자를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것인 나노 몰드의 제조 방법.
- 제1항에 따른 방법으로 제조되는 것인 나노 몰드.
- 제11항에 있어서,
상기 나노 몰드의 경도는 10 MPa 이상인 것인 나노 몰드.
- 제11항에 있어서,
상기 나노 몰드의 탄성계수는 1 GPa 이상인 것인 나노 몰드.
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