미세구조 형성을 위한 새로운 "유연한 금형" 기술

덱세리얼스의 새로운 플렉시블 몰드 기술

덱세리얼즈는 "롤투롤 기술"과 "나노임프린팅"을 결합하여 필름과 같은 기재 위에 수백 나노미터에서 수백 마이크로미터에 이르는 미세 구조를 수백 미터에 걸쳐 적층하는 기술을 확립했습니다. 이 기술을 응용하여, 유연한 필름을 미세 구조용 주형으로 사용하여 다양한 소재와 형상으로 대면적에 저비용으로 미세 구조를 전사하는 유연 몰드 기술을 개발하고 있습니다. 본 논문에서는 유연 몰드 기술과 그 잠재적 응용 분야에 대해 설명합니다.

롤투롤 방식의 기초지식

먼저, 이 기술의 기반이 되는 덱세리얼즈의 독자적인 롤투롤(Roll-to-Roll) 미세구조 필름 제조 방식에 대해 간략하게 설명드리겠습니다. 이 방식은 전사할 미세구조의 원형을 금속이나 유리로 된 원통형 기판(마스터 플레이트) 표면에 다이아몬드 또는 기타 절삭 공구를 이용한 정밀 가공이나 레이저 이미징을 이용한 리소그래피 공정을 통해 새겨 넣습니다.

다음 공정에서는 아래 그림과 같이 롤 형태로 감긴 필름 기재를 왼쪽에서 오른쪽으로 보내면서 그 필름 기재 표면에 자외선 경화 수지를 도포합니다. 그리고 미세 가공이 실시된 원통 원반에 가압하면서 자외선을 조사함으로써, 미세 구조체를 필름 상에 전사합니다(임프린트 기술). 필름 기재에 전사된 구조체는, 원반상의 형이 반전한 형상이 됩니다.

이 기술을 통해 저반사율, 투명도가 뛰어난 '모스 아이 타입의 반사 방지 필름'과 자동차 헤드업 디스플레이의 시인성을 높이는 'DMLA(Diffusion Microlens Array)'를 제조 및 판매하고 있습니다.

일반적인 임프린트 기술과의 차이

덱세리얼즈 R&D 그룹은 이 기술을 활용하여 필름 이외의 기판(유리, 플라스틱, 평면 및 곡면) 표면에 미세 패턴을 나노임프린팅하는 기술을 개발하고 있습니다. 이는 "플렉서블 성형"이라고 불리는 새로운 기술입니다.

여기서, 임프린트 가공에 있어서 널리 행해지는 매엽식(판상의 기재를 1장씩 가공하는 방식)의 임프린트 프로세스에 대해 해설합니다. 매엽식 임프린트에서는 우선 포토리소그래피나 기계 가공(절삭 가공)에 의해 판 형상의 원반을 제작합니다. 그것을 직접 몰드로 사용하는 경우와 원판에서 복제(레플리카)를 제작하고, 그것을 몰드로 사용하는 경우가 있습니다.

다음은 복제본 제작의 흐름입니다. 판 모양의 원반에서 복제본을 만드는 경우, 1장 1장형 제거를 할 필요가 있어, 제작 효율이 그다지 좋지 않습니다. 당연히 그만큼 비용이 들기 때문에 대량 생산에는 그다지 적합하지 않습니다.

플렉시블 몰드를 만드는 방법과 사용 방법

이러한 문제를 해결하기 위해 덱세리얼즈는 원통형 마스터 제작 기술과 롤투롤 임프린팅 방식을 결합하여 필름 형태의 복제 금형을 대량 생산하는 유연한 금형 기술을 개발했습니다. 제작된 필름 표면에 미세 구조의 주형 역할을 하는 복제 형상을 얹고, 특수 이형 처리(금형에서 쉽게 벗겨낼 수 있도록 하는 처리)를 합니다.

유연한 몰드에 의한 기판으로의 미세 구조체의 전사

플렉시블 몰드의 표면에는 굉장히 미세 구조체의 형이 형성되어 있습니다. 아래 그림과 같이 미세구조체를 전사하고자 하는 유리 기판 위에 자외선(UV) 경화형 수지를 도포하고, 그 위에 플렉시블 몰드를 밀어 넣고, UV를 조사하여 수지를 굳힙니다. 플렉시블 몰드에는 미리 벗겨지기 쉬워지도록 이형 처리가 실시되고 있으므로, 그것을 벗기면 미세 구조가 수지에 전사됩니다.

플렉시블 몰드를 이용한 매엽 임프린트 기술

위의 플렉시블 몰드와 덱세리얼즈가 개발을 진행하고 있는 임프린트용 재료를 병용함으로써 대면적이어도 유리 기판이나 플라스틱 기판 등의 필름 이외의 기판 상에 미세 구조체를 전사 형성하는 것이 가능해집니다. 또 플렉시블 몰드는 부드럽고 구부리기 쉽기 때문에, 곡면의 소재의 표면에의 나노 임프린트도 가능하게 되는 것이, 종래의 매엽 프로세스에는 없는 큰 메리트가 됩니다.

또한, 롤투롤(Roll-to-Roll) 생산 방식을 통해 대면적 플렉시블 금형을 저비용 고효율로 생산할 수 있습니다. 실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 플라스틱 기판 등 다양한 기판의 미세 가공은 향후 더욱 다기능화될 다양한 디바이스에 적용될 수 있습니다. 당사는 플렉시블 금형 기술의 발전 가능성을 끊임없이 모색하고 고객과 협력하여 전례 없는 새로운 가치를 창출해 나갈 것입니다.