이중-경화 나노구조체 전사 필름의 형성 방법

이중-경화 나노구조체 전사 필름의 형성 방법

유리 기재 상의 나노구조체(nanostructure) 및 미세구조체(microstructure)는, 예를 들어, 디스플레이, 조명, 건축, 및 광기전 디바이스에서 다양한 응용에 사용된다. 디스플레이 장치에서, 구조체는 광 추출 또는 광 분포(light distribution)를 위해 사용될 수 있다. 조명 디바이스에서, 구조체는 광 추출, 광 분포, 및 장식 효과를 위해 사용될 수 있다. 광기전 디바이스에서, 구조체는 태양광 집광 및 반사방지를 위해 사용될 수 있다. 대형 유리 기재 상에 나노구조체 및 미세구조체를 패턴화하거나 또는 달리 형성하는 것은 어려울 수 있으며 비용 효과적이지 않을 수 있다.

나노구조화된 희생 템플릿 층 내부의 구조화된 백필(backfill) 층을 리소그래피 식각 마스크로서 사용하는 적층 전사 방법이 개시되었다. 백필 층은 유리-유사 재료일 수 있다. 그러나, 이들 방법은 백필 층의 구조화된 표면을 실질적으로 그대로 남겨 두면서 희생 템플릿 층을 백필 층으로부터 제거하는 단계를 필요로 한다. 희생 템플릿 층은 전형적으로 산소 플라즈마, 열 분해 공정, 또는 용해 공정을 사용하는 건식 식각 공정에 의해 제거된다.

본 개시는 이중-경화 구조화된 전사 필름 및 그의 형성 방법에 관한 것이다. 구조화된 전사 필름은 부분적으로 경화되어 안정한 점착성 필름을 형성한다. 이러한 점착성 필름은 수용체 기재 상에 적층되고 완전히 경화되어 안정한 나노구조체 및/또는 미세구조체를 수용체 기재에 부여한다. 구조화된 전사 필름은 제1 다중작용성 단량체 또는 제2 다중작용성 단량체 중 하나의 경화에 의해 형성된다. 구조화된 전사 필름을 수용체 기재에 적층한 후에 다른 다중작용성 단량체를 경화시켜 상호침투(interpenetrating) 네트워크를 형성한다. 제1 다중작용성 단량체는 자유-라디칼 또는 양이온성 경화 기전 중 하나로 경화되고, 제2 다중작용성 단량체는 자유-라디칼 또는 양이온성 경화 중 하나로 경화된다.

일 태양에서, 전사 필름의 형성 방법은 구조화된 비-평면형 템플릿 층 상에 백필 조성물을 코팅하여 비-평면형 구조화된 표면에 순응하는(conforming) 백필 층을 형성하는 단계를 포함한다. 조성물은 다중작용성 에폭시 단량체, 다중작용성 아크릴레이트 단량체, 및 아크릴레이트 및 에폭시 작용기를 갖는 분자를 포함한다. 이어서, 본 방법은 다중작용성 에폭시 단량체를 경화시켜 다중작용성 아크릴레이트 단량체가 그 안에 분산된 가교결합된 에폭시 중합체를 형성하는 단계 및 전사 필름을 형성하는 단계를 포함한다.

다른 태양에서, 전사 필름의 형성 방법은 구조화된 비-평면형 템플릿 층 상에 백필 조성물을 코팅하여 비-평면형 구조화된 표면에 순응하는 백필 층을 형성하는 단계를 포함한다. 조성물은 다중작용성 에폭시 단량체, 다중작용성 아크릴레이트 단량체, 및 아크릴레이트 및 에폭시 작용기를 갖는 분자를 포함한다. 이어서, 본 방법은 다중작용성 아크릴레이트 단량체를 경화시켜 다중작용성 에폭시 단량체가 그 안에 분산된 가교결합된 아크릴레이트 중합체를 형성하는 단계 및 전사 필름을 형성하는 단계를 포함한다.

다른 태양에서 본 방법은, 본 명세서에 기재된 전사 필름의 백필 층을 수용체 기재 상에 적층하는 단계 및 다중작용성 아크릴레이트 단량체를 경화시켜 가교결합된 에폭시 중합체에 상호침투하는 가교결합된 아크릴레이트 중합체를 형성하여 완전히 경화된 구조화된 층을 한정하는 단계 또는 다중작용성 에폭시 단량체를 경화시켜 가교결합된 아크릴레이트 중합체에 상호침투하는 가교결합된 에폭시 중합체를 형성하여 완전히 경화된 광 투과 층을 한정하는 단계를 포함한다.

하기의 상세한 설명을 읽음으로써 이들 및 다양한 기타 특징 및 이점이 명백해질 것이다.

본 발명은 본 발명의 다양한 실시 형태의 하기 상세한 설명을 첨부 도면과 관련하여 고려하면 더 완전히 이해될 수 있다:
도 1은 이중-경화 전사 테이프 및 구조화된 수용체 기재의 제조 공정의 개략도이다.
도 2는 예시적 OLED 디바이스의 개략도이다.

이하의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 예시로서 몇몇 특정 실시 형태가 도시된 첨부 도면을 참조한다. 다른 실시 형태가 고려되고 이는 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적 의미로 취해지지 않아야 한다.

본 명세서에 사용되는 모든 과학 및 기술 용어는, 달리 명시되지 않는 한, 당업계에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에 제공된 정의는 본 명세서에 빈번하게 사용되는 소정 용어의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.

달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 이어지는 명세서 및 첨부된 청구범위에 기술된 수치적 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.

종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함)와 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는, 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 갖는 실시예를 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로, 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 그의 의미에 "및/또는"을 포함하는 것으로 채용된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "갖는다", "갖는", "함유하다", "함유하는", "포함하다", "포함하는" 등은 그의 개방형 의미로 사용되며, 일반적으로 "포함하지만 이로 한정되지 않는"을 의미한다. "~로 본질적으로 이루어지는", "~로 이루어지는" 등은 "포함하는" 등에 포괄됨이 이해될 것이다.

본 발명에서:

"경화"는 근접한 단량체 또는 중합체의 작용기를 가교결합시키는 단계를 지칭하며;

"화학 방사선"은 중합체를 경화시킬 수 있고 자외선, 가시선, 및 적외선 파장을 포함할 수 있는 파장들의 방사선을 지칭하고, 점방식(rastered) 레이저로부터의 디지털 노출, 열 디지털 이미징, 및 전자 빔 스캐닝을 포함할 수 있으며;

"AMOLED"는 활성 매트릭스 유기 발광 다이오드(active matrix organic light-emitting diode)를 지칭하고;

"LED"는 발광 다이오드(light-emitting diode)를 지칭하며;

"미세구조체"는 최장 치수가 약 0.1 μm 내지 약 1000 μm의 범위인 구조체를 지칭한다. 본 개시에서, 나노구조체 및 미세구조체의 범위는 필연적으로 중첩되며;

"나노구조체"는 최장 치수가 약 1 nm 내지 약 1000 nm의 범위인 특징부를 지칭한다.

본 개시는 이중-경화 구조화된 전사 필름에 관한 것이다. 구조화된 전사 필름은 부분적으로 경화되어 안정한 점착성 필름을 형성한다. 이러한 점착성 필름은 수용체 기재 상에 적층되고 완전히 경화되어 안정한 나노구조체 및/또는 미세구조체를 수용체 기재에 부여한다. 전사 필름은 구조화된 라이너의 토포그래피 상에 코팅된 이중-경화성 수지 제형을 이용한다. 수지의 제1 경화 단계는, 구조화된 라이너의 역패턴의 형상을 취하며 수송 및 후속의 적층을 위한 이형 라이너로 덮일 수 있는 평면형 상부 표면을 갖는 안정한 점착성 필름을 형성한다. 점착성 필름의 평면형 표면을 수용체 기재에 대해 적층하고 경화시켜 수지를 완전히 경화시키고 수용체 기재에 대한 접착성을 향상시킨 후, 구조화된 라이너를 제거하여 수용체 기재 상에 구조체(나노구조체 및/또는 미세구조체)를 남길 수 있다. 생성되는 구조체는 열적으로 안정하며(열 분해 온도가 섭씨 100 도 초과 또는 섭씨 200 도 초과 또는 섭씨 250 도 초과임) 상호침투 상호-반응 중합체 네트워크(interpenetrating and inter-reacted polymer network)로 인해 용매에 대한 내성이 우수하다. 제1 경화 기전은 제2 경화 기전과는 상이하고 독립적이다. 다수의 실시 형태에서, 제1 경화 유형은 양이온성 경화 기전이고 제2 경화 기전은 자유-라디칼 경화 기전이다. 다른 실시 형태에서, 제1 경화 기전은 자유-라디칼 경화 기전이고 제2 경화 기전은 양이온성 경화 기전이다. 일 실시 형태는 열 양이온성 제1 단계 경화에 이어서 기재에 적층된 구조체를 완전히 경화시키기 위한 화학 방사선(UV) 자유-라디칼 경화를 포함한다. 이중-경화성 수지 제형은 에폭시 성분, 아크릴레이트 성분, 및 에폭시 및 아크릴레이트 작용기를 포함하는 상용화제 분자를 포함한다. 에폭시 성분은 다중작용성 분자일 수 있고 아크릴레이트 성분은 다중작용성 분자일 수 있다. 전사 필름 및 기재 상에 생성되는 구조체(광 투과 층)는 탁도 값이 2% 미만 또는 1% 미만이고, 가시광 투과도가 85% 초과이다. 본 발명은 그렇게 제한되지 않지만, 본 발명의 다양한 태양에 대한 이해는 이하에 제공된 예들의 논의를 통해 얻어질 것이다.

적층을 사용하여 구조화된 고체 표면의 제작을 가능하게 하는 구조화된 적층 전사 필름 및 방법이 개시된다. 본 방법은 구조화된 템플릿 층("구조화된 비-평면형 템플릿 층"이라고도 지칭됨)을 형성하기 위한 필름, 층, 또는 코팅의 복제를 포함한다. 미세복제 기술분야의 당업자에게 공지된 임의의 미세복제 기술을 사용하여 마스터에 대해 복제를 수행할 수 있다. 이들 기술은, 예를 들어, 예비중합체 수지의 엠보싱, 주조, 및 경화(열 또는 광화학적 개시를 사용함), 또는 고온 용융 압출을 포함할 수 있다. 전형적으로 미세복제는 템플릿에 대한 광경화성 예비중합체 용액의 주조에 이어서 예비중합체 용액의 광중합을 포함한다. 본 개시에서, "나노구조화된"은 1 μm 미만, 750 nm 미만, 500 nm 미만, 250 nm 미만, 100 nm, 50 nm 미만, 10 nm 미만, 또는 심지어 5 nm 미만인 특징부를 갖는 구조체를 지칭한다. "미세구조화된"은 1000 μm 미만, 100 μm 미만, 50 μm 미만, 또는 심지어 5 μm 미만인 특징부를 갖는 구조체를 지칭한다. 계층형은 하나 초과의 크기 규모를 가진 구조체를 지칭하며 나노구조체를 가진 미세구조체를 포함한다(예를 들어, 나노규모 나방 눈 반사방지 특징부(moth eye antireflection feature)를 가진 미세렌즈). 적층 전사 필름은, 예를 들어, 제목이 "구조화된 적층 전사 필름 및 방법"인 출원인의 계류 중인 공개 출원 제US 2014/0021492호에 개시되어 있다.

도 1은 이중-경화 전사 테이프 및 구조화된 수용체 기재의 제조 공정의 개략도이다. 상기 기재된 바와 같이, 구조화된 비-평면형 템플릿 층(103)이 캐리어(101) 상에 형성되거나 배치된다. 구조화된 비-평면형 템플릿 층(103)은 이형 표면을 포함하며, 이는 다수의 실시 형태에서, 예를 들어, 플라즈마 화학 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)에 의해 침착된 이형 코팅(나타내지 않음)의 박층이다. 일부 실시 형태에서, 이형 특성은 구조화된 템플릿 층에 내재할 수 있다.

이어서, 생성되는 구조체를 미경화 백필 조성물(105)로 코팅한다. 미경화 백필 조성물(105)은 구조화된 비-평면형 템플릿 층(103)에 밀접하게 접촉된다. 백필 조성물은 다중작용성 에폭시 단량체, 다중작용성 아크릴레이트 단량체, 및 아크릴레이트 및 에폭시 작용기를 갖는 상용화 분자를 포함한다. 다수의 실시 형태에서, 백필 조성물은 95 중량% 이상의 단량체 및 상용화 분자 또는 98 중량% 이상의 단량체 및 상용화 분자 또는 실질적으로 단량체 및 상용화 분자이다.

다중작용성 에폭시 단량체, 다중작용성 아크릴레이트 단량체는 상이하고 독립적인 경화 기전을 갖는다. 따라서, 미경화 백필 조성물은 양이온성 개시제 및 자유-라디칼 개시제를 포함할 수 있다. 일례에서, 다중작용성 에폭시 단량체는 양이온성 경화 기전을 갖고, 다중작용성 아크릴레이트 단량체는 독립적인 자유-라디칼 경화 기전을 갖는다.

일 실시 형태에서, 다중작용성 아크릴레이트 단량체는 광 자유-라디칼(UV 광 및 라디칼 광개시제에 의함) 경화 기전을 갖고, 다중작용성 에폭시 단량체는 양이온성 열(가열 및 열 산 발생제(thermal acid generator)에 의함) 경화 기전을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 다중작용성 아크릴레이트 단량체는 열 자유-라디칼(가열 및 열 산 발생제에 의함) 경화 기전을 갖고, 다중작용성 에폭시 단량체는 광-양이온성(UV 광 및 라디칼 광개시제에 의함) 경화 기전을 갖는다.

3개 단계가 최종 필름 용품의 형성과 연계된다. 단계 A(A-단계)는 경화가 일어나지 않거나 무시할만한 경화가 일어난 시작 제형(starting formulation)으로서 정의된다. 단계 B(또는 B-단계)는 2 세트의 경화성 기 중 첫번째가 필요한 표면에서 감압 접착제로서 작용할 수 있는 필름을 제공하기에 충분한 정도로 경화된 상태로서 정의된다(부분적 경화). 단계 C(또는 C-단계)는 2 세트의 경화성 기 중 두번째가 필름이 템플릿 패턴을 유지하고 템플릿으로부터 이형되는 정도로 경화된 상태로서 정의된다(완전 경화).

예시적 실시 형태에서는, 다중작용성 에폭시 단량체를 경화시켜 다중작용성 아크릴레이트 단량체가 그 안에 분산된 가교결합된 에폭시 중합체를 형성함으로써 전사 필름을 형성한다. 이러한 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 탄성 계수 값이 0.3 x 10 ⁵ Pa 미만이며, 이는 다양한 표면에 시간 경과에 대해 안정한 감압 접착제-유사 점착성을 제공한다. 부가적으로, 이러한 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 구조화된 비-평면형 템플릿 층(103)에 대한 양호한 웨트-아웃(wet-out) 및 접착성을 갖는다.

부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 달퀴스트 기준(Dahlquist Criterion)(약 1 ㎐의 주파수에서 측정할 경우에 실온에서 0.3 x 10 ⁵ Pa 또는 3 x 10 ⁶ 다인/㎠) 이하인 계수 값을 가져야 하며, 이는 다양한 표면에 시간 경과에 대해 안정한 감압 접착제-유사 점착성을 제공한다. 이는 점착성에 대한 기준이며, 이 현상을 연구한 과학자를 따라 "점착성에 대한 달퀴스트 기준"이라는 명칭이 주어졌다(문헌[Dahlquist, CA, in Adhesion Fundamentals and Practice, The Ministry of Technology (1966) McLaren and Sons, Ltd., London] 참조). 이 계수를 초과하면, 분리시의 작은 변형률(small strains at separation)로부터 관찰되는 바와 같이 접착 파괴가 발생한다.

다른 예시적 실시 형태에서는, 다중작용성 아크릴레이트 단량체를 경화시켜 다중작용성 에폭시 단량체가 그 안에 분산된 가교결합된 아크릴레이트 중합체를 형성함으로써 전사 필름을 형성한다. 이러한 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 60℃의 가공 온도에서 상기 언급된 달퀴스트 기준에 가까운 탄성 계수 값을 가지며, 이는 다양한 표면에 시간 경과에 대해 안정한 감압 접착제-유사 점착성을 제공한다. 부가적으로, b-단계의 필름은 수용체 기재 상으로의 필름의 "웨트-아웃"을 돕기 위해 유리 전이 온도가 실온 또는 실온 미만이다. 부가적으로, 이러한 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 구조화된 비-평면형 템플릿 층(103)에 대해 약간의 접착성을 갖는다.

다수의 실시 형태에서, 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 탁도 값이 2% 미만 또는 1% 미만이고, 가시광 투과도가 85% 초과 또는 90% 초과이다. 다수의 실시 형태에서, 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 필름은 유리 전이 온도가 섭씨 30 도 미만 또는 섭씨 25 도 미만 또는 섭씨 20 도 미만이다.

일단 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 안정한 필름이 형성되면, 수송 및 후속의 가공 중의 보호를 위해 임의의 이형 라이너(104)를 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 안정한 필름에 적용할 수 있다. 이형 라이너(104)를 백필 층(105)의 평면형 주표면 상에 배치할 수 있으며, 여기서 백필 층(105)은 이형 라이너(104)를 구조화된 비-평면형 이형 표면(103)으로부터 분리한다. 전사 필름을 수용체 기재(110) 상에 적층하기 전에 임의의 이형 라이너(104)를 부분적으로 경화된(또는 b-단계) 안정한 필름으로부터 제거한다.

부분적으로 경화된(또는 b-단계) 안정한 필름과 생성되는 완전히 경화된 구조화된 광 투과 층의 접착성을 보조하기 위해 수용체 기재(110)를 접착 촉진 층(112)으로 임의로 코팅할 수 있다. 접착 촉진 층(112)은 스핀 코팅, 딥 코팅, 분무, 플라즈마 중합과 같은 임의의 유용한 방식으로, 또는 다른 침착 공정을 통해 형성될 수 있다.

부분적으로 경화된(또는 b-단계) 안정한 필름을 수용체 기재(110) 상에 적층한다. 이러한 적층된 필름을 경화시켜 잔류하는 다중작용성 단량체를 가교결합시키고 상호침투 가교결합된 중합체 네트워크를 형성하여 완전히 경화된 구조화된 층을 한정한다. 이어서, 완전히 경화된 구조화된 층을 구조화된 비-평면형 템플릿 층(103)으로부터 이형시킬 수 있다.

도 2는 예시적 OLED 디바이스(200) 컬러 필터 층(210)의 개략도이다. 백필 층(205)(부분적으로 또는 완전히 경화됨)을 컬러 필터 층(210)에 커플링하거나 그 위에 배치할 수 있다. 평면화 층(211)과 같은 하나 이상의 층이 컬러 필터 층(210)을 백필 층(205)(부분적으로 또는 완전히 경화됨)에 커플링할 수 있다. 유리 기재(201)를 컬러 필터 층(210)의 대향 측면에 커플링할 수 있다. 고굴절률 층(202)(예를 들어, 1.6 초과의 RI)을 백필 층(205)(부분적으로 또는 완전히 경화됨)의 구조화된 표면 상에 배치할 수 있다. OLED의 작용성 층은 예시되어 있지 않지만, 이들 층이 예시된 예시적 OLED 디바이스(200) 층의 어느 한 측면에 인접할 수 있다는 것이 이해된다.

완전히 경화된 구조화된 층은 탁도 값이 2% 미만 또는 1% 미만이고, 가시광 투과도가 85% 초과 또는 90% 초과이며, 유리 전이 온도가 섭씨 150 도 초과 또는 섭씨 200 도 초과 또는 섭씨 250 도 초과이다. 완전히 경화된 구조화된 층은"구조화된 광 투과 층"이라고 지칭될 수 있으며, 10 분 이상 동안 섭씨 100 도 이상의 온도에서 안정하거나, 섭씨 150 도 이상의 온도에서 안정하거나, 섭씨 200 도 이상의 온도에서 안정하거나, 섭씨 250 도 이상의 온도에서 안정할 수 있다. 완전히 경화된 구조화된 층은 용매에 대해 안정하고 IPA, MEK, 톨루엔, 헵탄, 메톡시프로판올, 및 다른 용매에 대해 내성일 수 있다. 완전히 경화된 구조화된 층은 기계적으로 안정할 수 있으며, 예를 들어, 물 및/또는 IPA 중에 10 min의 초음파 처리를 견딜 수 있다. 완전히 경화된 구조화된 층은 가시광 굴절률이 약 1.5 ± 0.1일 수 있다.

일부 실시 형태에서는, 에폭시 단량체가 먼저 경화되어 전사 필름을 형성한 후에 아크릴레이트 단량체가 경화되어 가교결합된 에폭시 중합체에 상호침투하는 가교결합된 아크릴레이트 중합체를 형성하여 완전히 경화된 구조화된 층을 한정한다. 이들 실시 형태 중 일부에서, 가교결합된 에폭시 중합체는 양이온성 기전을 통해 경화되었고(b-단계) 다중작용성 아크릴레이트 단량체는 자유-라디칼 기전을 통해 경화된다(c-단계).

다른 실시 형태에서는, 아크릴레이트 단량체가 먼저 경화되어 전사 필름을 형성한 후에 에폭시 단량체가 경화되어 가교결합된 아크릴레이트 중합체에 상호침투하는 가교결합된 에폭시 중합체를 형성하여 완전히 경화된 구조화된 층을 한정한다. 이들 실시 형태 중 일부에서, 가교결합된 아크릴레이트 중합체는 자유-라디칼 기전을 통해 경화되었고(b-단계) 다중작용성 에폭시 단량체는 양이온성 기전을 통해 경화된다(c-단계).

다수의 실시 형태에서, 가교결합된 아크릴레이트 중합체에 결합된 아크릴레이트 기 및 가교결합된 에폭시 중합체에 결합된 에폭시 기를 갖는 복수의 상용화제 분자가 완전히 경화된 구조화된 층 내에 존재한다.

다중작용성 아크릴레이트 단량체

"다작용성 아크릴레이트" 또는 "다중작용성 아크릴레이트" 성분은 지방족 폴리하이드록시 화합물과 (메트)아크릴산의 반응 산물일 수 있다.

(메트)아크릴산은, 예를 들어, 하기 기본 화학식에 의해 나타내어지는 것들을 포함하는 불포화 카르복실산이다:

상기 식에서, R은 수소 원자 또는 메틸 기이다.

다작용성(즉, 다중작용성) 아크릴레이트는 단량체 또는 올리고머일 수 있다. 용어 "단량체"는 긴 사슬(중합체성 사슬 또는 거대분자)이 형성되는 방식으로 동일한 단량체 또는 다른 단량체와 화학 결합을 형성하는 능력을 가진 작은(저분자량) 분자를 지칭한다. 용어 "올리고머"는 더 긴 중합체성 사슬이 그로부터 형성될 수 있는 방식으로 동일한 올리고머 또는 다른 올리고머와 화학 결합을 형성하는 능력을 갖는 2 내지 10개의 반복 단위를 갖는 중합체 분자(예를 들어, 이량체, 삼량체, 사량체 등)를 지칭한다. 단량체 및 올리고머의 혼합물 또한 다작용성 아크릴레이트 성분으로서 사용될 수 있을 것이다. 다작용성 아크릴레이트 성분은 단량체성인 것이 바람직하다.

대표적인 다작용성 아크릴레이트 단량체는, 제한이 아닌 예시로서, 에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트, 헥산다이올 다이아크릴레이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 글리세롤 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 및 네오펜틸글리콜 다이아크릴레이트를 포함한다. 상이한 유형의 이러한 다작용성 아크릴레이트의 혼합물 및 조합 또한 사용할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함한다.

유용한 구매가능한 다작용성 아크릴레이트는 상표명이 "SR351"인 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 상표명이 "SR454"인 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 상표명이 "SR295"인 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 상표명이 "SR833S"인 사이클로헥산 다이메톤알 다이아크릴레이트, 및 상표명이 "SR247"인 네오펜틸글리콜 다이아크릴레이트를 포함하며, 이들 모두는 미국 펜실베이니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니(Sartomer Co.)로부터 구매가능하다.

다작용성 아크릴레이트 단량체는 각각의 단량체 상에서 이용가능한 다중 작용기로 인해 신속하게 네트워크로 경화된다. 단 하나의 아크릴레이트 작용기만 존재하는 경우, 재료의 경화시에 선형의 비-네트워크화 분자가 생성될 것이다. 원하는 중합체성 네트워크 형성을 조장하고 촉진하기 위해, 본 발명에서는 2개 이상의 작용기를 갖는 다작용성 아크릴레이트가 바람직하다.

백필 층 또는 광 투과 층은 임의의 유용한 양의 다작용성 아크릴레이트를 가질 수 있다. 다수의 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 40 내지 90 중량%의 다작용성 아크릴레이트를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 60 내지 80 중량%의 다작용성 아크릴레이트를 갖는다.

다중작용성 에폭시 단량체

유용한 에폭시 수지는 하나 이상의 옥시란 고리를 갖는, 즉,

개환 반응에 의해 중합가능한 임의의 유기 화합물을 포함한다. 넓게는 에폭사이드라고 불리는 이러한 재료는 단량체성 및 올리고머성 에폭사이드 양자 모두를 포함하며, 지방족, 지환족, 또는 방향족일 수 있다. 그들은 액체 또는 고체 또는 이들의 블렌드일 수 있다. 이들 재료는 일반적으로 분자당 평균 2개 이상의 에폭시 기(바람직하게는 분자당 2개 초과의 에폭시 기)를 갖는다. 중합체성 에폭사이드에는, 말단 에폭시 기를 갖는 선형 중합체 (예를 들어, 폴리옥시알킬렌 글리콜의 다이글리시딜 에테르), 골격 옥시란 단위를 갖는 중합체 (예를 들어, 폴리부타다이엔 폴리에폭사이드) 및 펜던트 에폭시 기를 갖는 중합체 (예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체)가 포함된다.

유용한 에폭시 수지는 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-2-메티사이클로헥산 카르복실레이트, 및 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸) 아디페이트에 의해 대표되는 에폭시사이클로헥산카르복실레이트와 같은 사이클로헥센 옥사이드 기를 함유하는 것들을 포함한다. 이러한 특성의 유용한 에폭사이드의 더욱 상세한 목록에 대해서는, 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제3,117,099호를 참고할 수 있다.

특히 유용한 추가의 에폭시 수지는 하기 화학식의 글리시딜 에테르 단량체를 포함한다:

상기 식에서 R'은 알킬 또는 아릴이고, n은 2 내지 6의 정수이다. 예는 과량의 에피클로로하이드린과 같은 클로로하이드린과 다가 페놀을 반응시킴으로써 얻어지는 다가 페놀의 글리시딜 에테르, 예를 들어, 2,2-비스-2,3-에폭시프로폭시페놀 프로판의 다이글리시딜 에테르이다. 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 이러한 유형의 에폭사이드의 추가의 예는 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제3,018,262호에 기재되어 있다.

유용할 수 있는 많은 구매가능한 에폭시 수지가 있다. 특히, 용이하게 입수가능한 에폭사이드는 옥타데실렌 옥사이드, 에피클로로하이드린, 스티렌 옥사이드, 비닐 사이클로헥센 옥사이드, 글리시돌, 글리시딜-메타크릴레이트, 비스페놀 A의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 상표명 "에폰(EPON) 828", "에폰 1004", 및 "에폰 1001F"로 쉘 케미칼 컴퍼니(Shell Chemical Co.)로부터, 그리고 "DER-332" 및 "DER-334"로 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)로부터 입수가능한 것들), 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 시바-가이기(Ciba-Geigy)로부터의 "아랄다이트(ARALDITE) GY281"), 비닐사이클로헥센 다이옥사이드(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp.)으로부터의 상표명이 "ERL 4206"인 것), 3,4-에폭시사이클로헥실-메틸-3,4-에폭시사이클로헥센 카르복실레이트(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터의 상� ��명이 "ERL-4221"인 것), 2-(3,4-에폭시사이클로-헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시) 사이클로헥산-메타다이옥산(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터의 상표명이 "ERL4234"인 것), 비스(3,4-에폭시-사이클로헥실) 아디페이트(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터의 상표명이 "ERL-4299"인 것), 다이펜텐 다이옥사이드(예를 들어, 유니온 카바이드 코포레이션으로부터의 상표명이 "ERL4269"인 것), 에폭사이드화 폴리부타다이엔(예를 들어, FMC 코포레이션(FMC Corp.)으로부터의 상표명이 "옥시론(OXIRON) 2001"인 것), 에폭시 작용기를 함유하는 실리콘 수지, 에폭시 실란, 예를 들어, 유니온 카바이드로부터 구매가능한 베타-3,4-에폭시사이클로헥실에틸트라이-메톡시 실란 및 감마-글리시독시프로필트라이메톡시 실란, 난연성 에폭시 수지(예를 들어, 다우 케미칼 컴퍼니로부터 입수가능한 상표명이 "DER-542"인 브롬화 비스페놀 유형 에폭시 수지), 1,4-부탄다이올 다이글리시딜 에테르(예를 들어, 시바-가이기로부터의 상표명이 "아랄다이트 RD-2"인 것), 수소화 비스페놀 A-에피클로로하이드린계 에폭시 수지(예를 들어, 쉘 케미칼 컴퍼니로부터의 상표명이 "에포넥스(EPONEX) 1510"인 것), 및 페놀-포름알데하이드 노보락(novolak)의 폴리글리시딜 에테르(예를 들어, 다우 케미칼 컴퍼니로부터의 상표명이 "DEN-431" 및 "DEN-438"인 것)을 포함한다.

본 개시에 유용할 수 있는 잠재성 경화 시스템(latent curative system)은, 아미노다이하이드라지드, 아디프산 다이하이드라지드, 아이소프탈릴 다이하이드라지드와 같은 하이드라지드; 테트라메틸 구아니딘과 같은 구아니딘; 및 다이시안다이아미드를 포함하는, 에폭시 수지 조성물을 경화시키고 가교결합된 중합체 네트워크를 형성하는 단계에 편리하게 사용되는 것들을 포함한다.

그 양은 수지에 따라 변동될 것이며, 일반적으로 원하는 길이의 시간 이내에 실질적으로 완전한 경화를 유발하기에 효과적인 양으로 제공되어야 한다. 본 개시에 따른 전형적인 조성물은 1-파트 경화성 에폭시 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 10 중량%의 잠재성 경화제(latent hardener)를 포함한다. 경화된 조성물의 최종 특성은 잠재성 경화제에 의해 각각 유발된 가교결합 및 에폭시 사슬 연장의 상대적 양에 의해 크게 영향을 받을 것임이 이해될 것이다.

일부 실시 형태에서, 잠재성 경화 시스템은 치환된 우레아, 치환된 이미다졸, 및 이들의 조합 중 하나 이상으로부터 선택된 2개 이상의 잠재성 가속제를 갖는다. 일부 실시 형태에서는, 수지 혼화성 제1 경화제의 성분을 예비-블렌딩한 후에 열경화성 에폭시 수지에 첨가할 수 있다. 일부 실시 형태에서는, 수지 혼화성 제1 경화제의 성분을 열경화성 에폭시 수지에 별도로 첨가할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 우레아는 비스-치환된 우레아로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 이미다졸은 1-N 치환-, 2-C 치환-이미다졸, 및 미국 특허 제4,948,449호에 기재된 바와 같은 융점이 200℃ 초과인 금속 이미다졸레이트 염으로부터 선택된다. 적합한 경화제는 상표명 큐어졸(CUREZOL) 2PHZ-S, 큐어졸 2ΜΖ-ΑΖΙΝΕ, 및 큐어졸 2MA-OK로 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스(Air Products and Chemicals)로부터; 상표명 아라두르(ARADUR) 3123으로 헌츠맨 어드밴스드 머티리얼즈(Huntsman Advanced Materials)로부터; 그리고 상표명 오미큐어(OMICURE) U-35 및 오미큐어 U-52로 CVC 서모셋 스페셜티즈(CVC Thermoset Specialties)로부터 구매가능하다. 빠른 경화를 달성하기 위해서는 개시제 및 활성화제 양자 모두가 일반적으로 필요하다. 2-파트 시스템이 제형화되는 경우, 한 파트는 개시제를 함유하고 다른 한 파트는 활성화제를 함유할 것이다.

사용할 수 있는 활성화제는 3차 아민, 아민/알데하이드(또는 케톤) 축합체, 머캅토 화합물, 또는 전이 금속 화합물로 구성된다. 유용한 3차 아민의 예는 N,N-다이메틸아닐린, N,N-다이에틸아닐린, N,N-다이메틸-p-톨루이딘, N,N-다이에틸-p-톨루이딘, 또는 N,N-다이아이소프로필-p-톨루이딘이다. 머캅토 화합물의 예는 2-머캅토벤즈이미다졸, 알릴티오우레아, 및 에틸렌 티오우레아이다. 유용한 아민/알데하이드 축합체의 예는 아닐린/부티르알데하이드, 부틸아민/벤즈알데하이드, 및 부틸아민/벤질이다. 전이 금속 화합물의 예는 구리 나프테네이트, 철 나프테네이트; 코발트 나프테네이트, 니켈 나프테네이트, 망간 나프테네이트; 구리 옥타노에이트; 철 헥사노에이트, 철 프로피오네이트; 구리 옥사이드, 망간 옥사이드, 바나듐 옥사이드, 몰리브덴 다이옥사이드; 및 바나듐 옥사이드 (아세틸아세토네이트) ₂ , 및 몰리브덴 옥사이드 (아세틸아세토네이트) ₂ 이다.

백필 층 또는 광 투과 층은 임의의 유용한 양의 다작용성 에폭시를 가질 수 있다. 다수의 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 0.1 내지 25 중량%의 다작용성 에폭시를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 10 내지 20 중량%의 다작용성 에폭시를 갖는다.

상용화제 분자

일부 분자를 사용하여 전사 필름 내에 존재하는 2개의 상이한 상을 상용화할 수 있다. 이들 분자는 전형적으로 2개의 상 중에서 나타나는 각각의 작용기 중 하나 이상을 갖는다. 대표적인 분자는, 예를 들어, 하나의 말단 에폭시 기 및 하나의 말단 아크릴레이트 기를 가질 수 있다. 이들 분자의 예는 부분적으로 아크릴레이트화된 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르(다른 이름으로는 "CN-153"으로서 공지됨, 미국 펜실베이니아주 엑스톤 소재의 사토머 코포레이션), 2-하이드록시부틸글리시딜 아크릴레이트 ("4-HBAGE", 일본 도쿄 소재의 니폰 카세이 케미칼(Nippon Kasei Chemical)), 글리시딜 (메트)아크릴레이트, 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 메타크릴레이트("사이클로머(CYCLOMER) M100"으로서 판매됨, 일본 오사카 소재의 다이셀 코포레이션(Daicel Corp))를 포함한다. 전사 필름 내의 상과 화학적으로 유사한 2개의 기를 갖는 대신에, 상용화제 분자 내의 작용기 중 하나가 전사 필름 내의 상 중 하나와 화학적으로 반응할 수 있는 것 또한 가능할 수 있다. 예를 들어, 1차 하이드록실 작용기를 가진 분자는 에폭사이드 작용기와 화학적으로 반응하는 것으로 공지되어 있다. 그러므로, 말단 하이드록실 작용기 및 말단 아크릴레이트 작용기를 가진 분자를 사용할 수 있다. 이들 분자의 예는 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트("SR444", 미국 펜실베이니아주 엑스톤 소재의 사토머)를 포함한다.

다른 올리고머는 에폭시 수지의 다이아크릴레이트화된 에스테르, 예를 들어, 비스페놀 A 에폭시 수지의 다이아크릴레이트화된 에스테르와 같은 아크릴레이트화된 에폭시를 포함한다. 구매가능한 아크릴레이트화된 에폭시의 예는 상표명 "CMD 3500", "CMD 3600", 및 "CMD 3700"으로 라드큐어 스페셜티즈(Radcure Specialties)로부터 입수가능한 에폭시를 포함한다.

에폭시 및 아크릴레이트 작용기 양자 모두를 갖는 다른 유용한 화합물은, 예를 들어, 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,751,138호(Tumey et al.)에 기재되어 있다.

백필 층 또는 광 투과 층은 임의의 유용한 양의 상용화제 분자를 가질 수 있다. 다수의 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 5 내지 40 중량%의 상용화제 분자를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 10 내지 35 중량%의 상용화제 분자를 갖는다. 다른 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 15 내지 25 중량%의 상용화제 분자를 갖는다.

백필 층 또는 광 투과 층 내의 상용화제 분자의 양을 정량하는 다른 방식은 에폭시 재료를 상용화제 재료로 대체하거나 관련시킴에 의한다. 상용화제 분자는 에폭시 재료에 대한 몰 당량의 1 내지 100%일 수 있다. 상용화제 분자는 에폭시 재료를 1:1 몰비로 대체할 수 있다.

백필 층 또는 광 투과 층은 임의의 유용한 양의 다작용성 아크릴레이트, 다작용성 에폭시, 및 상용화제 분자를 가질 수 있다. 다수의 실시 형태에서, 백필 층 또는 광 투과 층은 40 내지 90 중량%의 다작용성 아크릴레이트, 1 내지 30 중량%의 다작용성 에폭시, 및 5 내지 40 중량%의 상용화제 분자를 갖는다.

경화 기전

제1 다중작용성 단량체는 자유-라디칼 또는 양이온성 경화 기전 중 하나로 경화되고, 제2 다중작용성 단량체는 제1 다중작용성 단량체 경화 기전과는 상이하고 이에 독립적인 자유-라디칼 또는 양이온성 경화 기전 중 하나로 경화된다. 자유-라디칼 경화 기전은 열 또는 광-라디칼 경화 기전일 수 있다. 양이온성 경화 기전은 열 또는 광-양이온성 경화 기전일 수 있다.

자유 라디칼 경화성 다작용성 아크릴레이트 성분의 경우, 자유 라디칼 개시제를 백필 재료에 첨가하는 것이 유용하지만, 자유 라디칼을 개시하고 발생시키기 위해 전자 빔 공급원 또한 사용할 수 있음이 이해되어야 한다. 바람직하게는 자유 라디칼 개시제는 수지성 성분의 총량을 기준으로 0.1 내지 3.0 중량%의 양으로 첨가된다. 자외광에 노출될 경우에 자유 라디칼 공급원을 발생시키는 유용한 광개시제의 예는, 유기 퍼옥사이드, 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로소 화합물, 아실 할라이드, 하이드라존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 트라이아실이미다졸, 아실포스핀 옥사이드, 비스이미다졸, 클로로알킬트라이아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티오잔톤, 및 아세토페논 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 가시 방사선에 노출될 경우에 자유 라디칼의 공급원을 발생시키는 광개시제의 예는, 미국 특허 제4,735,632호에 기재되어 있으며, 그 기재는 본 명세서에 참고로 포함된다. 자외광과 함께 사용하기에 바람직한 자유 라디칼-발생 개시제는 람베르티 코포레이션(Lamberti Corporation)(이탈리아 바레세현 갈라라테 소재)으로부터 상표명 "에사큐어 원(ESACURE ONE)"으로 구매가능한 개시제이다.

에폭시 수지의 중합을 촉진하기 위한 경화제는 열적으로 또는 광-활성화될 수 있으며; 즉, 경화제는 화학 방사선(전자기 스펙트럼의 자외선 또는 가시선 부분 내의 파장을 갖는 방사선) 또는 열에 의해 활성화되는 촉매일 수 있다. 유용한 양이온성 촉매는 산을 발생시켜 에폭시 수지의 중합을 촉매화한다. 용어 "산"은 양성자산 또는 루이스산을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 이들 양이온성 개시제는 오늄 양이온 및 금속 또는 준금속(metalloid)의 할로겐 함유 착물 음이온을 갖는 메탈로센 염을 포함할 수 있다. 다른 유용한 양이온성 촉매는 유기금속 착물 양이온 및 금속 또는 준금속의 할로겐 함유 착물 음이온을 갖는 메탈로센 염을 포함하며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,751,138호(예를 들어, 컬럼 6, 65행 내지 컬럼 9, 45행)에 추가로 기재되어 있다. 다른 예는, 모두 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,985,340호(컬럼 4, 65행 내지 컬럼 14, 50행); 유럽 특허 출원 제306,161호; 제306,162호에 기재된 유기금속 염 및 오늄 염이다. 또 다른 양이온성 촉매는 유기금속 착물의 이온성 염을 포함하며, 여기서 금속은 주기율표 IVB, VB, VIB, VIIB, 및 VIIIB 족의 원소로부터 선택되고, 이는 본 명세서에 또한 참고로 포함된 유럽 특허 출원 제109,581호에 기재되어 있다. 경화에 유용한 열적으로 활성화된 산을 생성하는 오늄 염의 다른 예는 킹 인더스트리즈(King Industries)(미국 코네티컷주 노워크 소재)로부터의 암모늄 헥사플루오로안티모네이트 염인 "CXC-1612"로서 공지되어 있다.

이러한 개념에 사용될 수 있는 다른 가능한 직교 경화 프로토콜(orthogonal curing protocol)이 있다. 예를 들어, SiH와 불포화 탄소-탄소(알켄, 알킨) 사이의 하이드로실릴화는 통상적으로 백금 화합물에 의해 촉매화될 수 있다. 다른 예는 통상적으로 백금 화합물에 의해 촉매화되는 SiH와 SiOH 사이의 가알코올분해(alcoholysis)이다. 다른 유용한 예는 통상적으로 다양한 산 또는 염기, 주석 및 티타늄 화합물에 의해 촉매화되는 SiOH에 의한 SiX의 친핵성 치환이며, 여기서 X는 할로겐, 옥심, 카르복실레이트, 알콕사이드이다. SiCH ₃ 와 SiCH ₃ 사이의 반응을 개시하기 위해 자유 라디칼 또한 사용할 수 있을 것이다(예를 들어, 퍼옥사이드, UV, 또는 e-빔). 이들 모두는 문헌[Michael Brook, Silicon in Organic, Organometallic and Polymer Chemistry, Wiley Interscience, 2000, pg 282-291]에 기재되어 있다.

b-단계 및 c-단계 필름의 광학적 특성 및 물리적 특성이 충족되는 한, 잠재성 경화 시스템을 이용하여 에폭시 부분을 가교결합시킬 수 있다. 본 개시에 유용할 수 있는 잠재성 경화 시스템은, 아미노다이하이드라지드, 아디프산 다이하이드라지드, 아이소프탈릴 다이하이드라지드와 같은 하이드라지드; 테트라메틸 구아니딘과 같은 구아니딘; 및 다이시안다이아미드를 포함하는, 에폭시 수지 조성물을 경화시키고 가교결합된 중합체 네트워크를 형성하는 단계에 편리하게 사용되는 것들을 포함한다.

그 양은 수지에 따라 변동될 것이며, 일반적으로 원하는 길이의 시간 이내에 실질적으로 완전한 경화를 유발하기에 효과적인 양으로 제공되어야 한다. 본 개시에 따른 전형적인 조성물은 1-파트 경화성 에폭시 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 10 중량%의 잠재성 경화제를 포함한다. 경화된 조성물의 최종 특성은 잠재성 경화제에 의해 각각 유발된 가교결합 및 에폭시 사슬 연장의 상대적 양에 의해 크게 영향을 받을 것임이 이해될 것이다.

일부 실시 형태에서, 잠재성 경화 시스템은 치환된 우레아, 치환된 이미다졸, 및 이들의 조합 중 하나 이상으로부터 선택된 2개 이상의 잠재성 가속제를 갖는다. 일부 실시 형태에서는, 수지 혼화성 제1 경화제의 성분을 예비-블렌딩한 후에 열경화성 에폭시 수지에 첨가할 수 있다. 일부 실시 형태에서는, 수지 혼화성 제1 경화제의 성분을 열경화성 에폭시 수지에 별도로 첨가할 수 있다.

전사 필름의 응용

본 명세서에 개시된 전사 필름(또는 "적층 전사 필름")은 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 구조화된 층을 OLED(유기 발광 다이오드) 디바이스 내에 전사하여 OLED의 효율 또는 광 추출을 개선하기 위해 전사 필름을 사용할 수 있다.

적층 전사 필름의 다른 예시적 응용은, 마이크로프레넬 렌즈, 회절 광학 소자(diffractive optical element), 홀로그래피 광학 소자(holographic optical element), 및 문헌[BC Kress, and P. Meyrueis, Applied Digital Optics , Wiley, 2009]의 단원 2에 개시된 다른 디지털 광학장비(digital optics)를 포함하는 디지털 광학 소자의, 디스플레이 유리, 광기전 유리 소자, LED 웨이퍼, 규소 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼, 건축용 유리, 금속, 부직포, 종이, 또는 다른 기재의 내부 또는 외부 표면 상의 패턴화에 대한 것이다.

적층 전사 필름은 또한 유리 표면 상에 장식 효과를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 장식용 크리스탈 패싯(crystal facet)의 표면에 무지개빛(iridescence)을 부여하는 데 바람직할 수 있다. 특히, 유리 구조체는 차량용 유리, 건축용 유리, 유리 식기, 공예품, 디스플레이 사이니지(display signage), 및 보석류 또는 다른 액세서리와 같은 기능적 응용 또는 장식적 응용에 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 포매된 구조체를 전사함으로써 유리 구조체의 내구성을 개선할 수 있다. 또한, 이들 유리 구조체 위에 코팅이 적용될 수 있다. 이러한 선택적인 코팅은, 유리 구조체 특성에 악영향을 주는 것을 피하기 위해 비교적 얇을 수 있다. 그러한 코팅의 예에는 친수성 코팅, 소수성 코팅, 보호 코팅, 반사방지 코팅 등이 포함된다.

캐리어 필름

라이너 또는 캐리어 기재 또는 필름은 전사 필름 및 다른 층에 대한 기계적 지지를 제공하는 가요성 필름에 의해 구현될 수 있다. 캐리어 필름의 일례는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이다. 일부 실시 형태에서, 캐리어는 종이, 이형-코팅 종이, 부직포, 직포(직물), 금속 필름, 및 금속 포일을 포함할 수 있다.

다양한 열경화성 또는 열가소성 중합체로 구성된 다양한 중합체성 필름 기재가 캐리어로서 사용하기에 적합하다. 캐리어는 단층 또는 다층 필름일 수 있다. 캐리어 층 필름으로서 채용될 수 있는 중합체의 예시적 예는 (1) 폴리(클로로트라이플루오로에틸렌), 폴리(테트라플루오로에틸렌-코헥사플루오로프로필렌), 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬)비닐에테르), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코헥사플루오로프로필렌)과 같은 플루오르화 중합체; (2) 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 EI 듀폰 네무르(EI duPont Nemours)로부터 입수가능한 설린(SURLYN)-8920 브랜드(Brand) 및 설린-9910 브랜드와 같은 소듐 또는 아연 이온을 가진 이오노머성 에틸렌 공중합체 폴리(에틸렌-코-메타크릴산); (3) 저밀도 폴리에틸렌; 선형 저밀도 폴리에틸렌; 및 초저밀도 폴리에틸렌과 같은 저밀도 폴리에틸렌; 가소화 폴리(비닐클로라이드)와 같은 가소화 비닐 할라이드 중합체; (4) 폴리(에틸렌-코- 아크릴산) "EAA", 폴리(에틸렌-코-메타크릴산) "EMA", 폴리(에틸렌-코-말레산), 및 폴리(에틸렌-코-푸마르산)과 같은 산 작용성 중합체를 포함하는 폴리에틸렌 공중합체; 알킬 기가 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등이거나, n이 0 내지 12인 CH ₃ (CH ₂ ) _n 인 폴리(에틸렌-코-알킬아크릴레이트), 및 폴리(에틸렌-코-비닐아세테이트) "EVA"와 같은 아크릴 작용성 중합체; 및 (5) (예를 들어) 지방족 폴리우레탄을 포함한다. 캐리어 층은 전형적으로, 2 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 50 중량% 이상의 알킬렌 - 에틸렌 및 프로필렌이 가장 통상적으로 채용됨 - 을 전형적으로 포함하는 올레핀계 중합체성 재료이다. 다른 본체 층은, 예를 들어, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리카르보네이트, 폴리(메트)아크릴레이트(예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트 또는 "PMMA"), 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌 또는 "PP"), 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 "PET"), 폴리아미드, 폴리이미드, 페놀 수지, 셀룰로오스 다이아세테이트, 셀룰로오스 트라이아세테이트(TAC), 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 환형 올레핀 공중합체, 에폭시 등을 포함한다.

수용체 기재

수용체 기재의 예는 디스플레이 유리 기판(display mother glass), 조명 유리 기판(lighting mother glass), 건축용 유리, 판 유리, 롤 유리, 및 가요성 유리(롤 투 롤 공정에 사용될 수 있음)와 같은 유리를 포함한다. 가요성 롤 유리의 예는 코닝 인코포레이티드(Corning Incorporated)로부터의 윌로우(WILLOW) 유리 제품이다. 수용체 기재의 다른 예는 금속 시트 및 포일과 같은 금속을 포함한다. 수용체 기재의 또 다른 예에는 사파이어, 규소, 실리카, 및 탄화규소가 포함된다. 또 다른 예는 직물, 부직포, 및 종이를 포함한다.

다른 예시적인 수용체 기재는 지지 웨이퍼 상의 반도체 재료를 포함한다. 이러한 수용체 기재의 치수는 반도체 웨이퍼 마스터 템플릿의 치수를 초과할 수 있다. 현재, 제조되는 최대 웨이퍼는 직경이 300 mm이다. 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 제조되는 적층 전사 필름은 1000 mm 초과의 측방향 치수 및 수백 미터의 롤 길이로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 수용체 기재는 치수가 약 620 mm x 약 750 mm, 약 680 mm x 약 880 mm, 약 1100 mm x 약 1300 mm, 약 1300 mm x 약 1500 mm, 약 1500 mm x 약 1850 mm, 약 1950 mm x 약 2250 mm, 또는 약 2200 mm x 약 2500 mm, 또는 심지어 더 클 수 있다. 긴 롤 길이의 경우, 측방향 치수는 약 750 mm 초과, 약 880 mm 초과, 약 1300 mm 초과, 약 1500 mm 초과, 약 1850 mm 초과, 약 2250 nm 초과, 또는 심지어 약 2500 mm 초과일 수 있다. 전형적인 치수는 최대 패턴화된 폭이 약 1400 mm이고 최소 폭이 약 300 mm이다. 롤-투-롤(roll-to-roll) 가공과 원통형 마스터 템플릿의 조합을 사용함으로써 큰 치수가 가능하다. 이러한 치수를 가진 필름을 사용하여 대형 디지털 디스플레이(예를 들어, 52 인치 폭 x 31.4 인치 높이의 치수를 가진, 대각선이 55 인치인 디스플레이) 전체 위에 나노구조체를 부여할 수 있다.

선택적으로 수용체 기재는 적층 전사 필름이 적용되는 수용체 기재의 면 상에 버퍼 층을 포함할 수 있다. 버퍼 층의 예는, 충분히 설명된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,396,079호(하야시(Hayashi) 외)에 개시되어 있다. 일 유형의 버퍼 층은 문헌[K. Kondoh et al., J. of Non-Crystalline Solids 178 (1994) 189-98] 및 문헌[TK. Kim et al., Mat. Res. Soc . Symp . Proc . Vol. 448 (1997) 419-23]에 개시된 바와 같은 SiO ₂ 의 박층이다.

본 명세서에 개시된 전사 공정의 특정 이점은, 디스플레이용 유리 기판 또는 건축용 유리와 같이, 큰 표면을 갖는 수용체 표면에 구조체를 부여할 수 있다는 것이다. 이러한 수용체 기재의 치수는 반도체 웨이퍼 마스터 템플릿의 치수를 초과한다. 롤-투-롤 가공과 원통형 마스터 템플릿을 조합하여 사용함으로써 적층 전사 필름의 큰 치수가 가능하다.

본 명세서에 개시된 전사 공정의 추가 이점은 평면이 아닌 수용체 표면에 구조체를 부여할 수 있다는 것이다. 수용체 기재는, 전사 테이프의 가요성 형태로 인해, 만곡될 수 있거나, 절곡될 수 있거나, 또는 오목 또는 볼록 특징부를 가질 수 있다.

수용체 기재는 또한 자동차 유리, 시트 유리, 가요성 전자 기재, 예컨대 회로화 가요성 필름, 디스플레이 후면판, 태양 유리, 금속, 중합체, 중합체 복합재, 및 유리섬유를 포함할 수 있다.

템플릿 층

템플릿 층은 백필 층에 구조체를 부여하는 층이다. 이는 템플릿 재료로 구성된다. 템플릿 층은, 예를 들어, 엠보싱, 복제 공정, 압출, 주조, 또는 표면 구조화를 통해 형성될 수 있다. 구조화된 표면은 나노구조체, 미세구조체, 또는 계층형 구조체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 템플릿 층은 패턴화, 화학선 패턴화, 엠보싱, 압출, 및 공압출과 상용성일 수 있다.

템플릿 층은, 복제 공정 중에는 낮은 점도를 가질 수 있고, 이어서 신속하게 경화되어, 복제된 나노구조체, 미세구조체, 또는 계층형 구조체 "내에 고정(lock in)되는" 영구 가교결합된 중합체성 네트워크를 형성할 수 있는 광경화성 재료를 포함할 수 있다. 광중합의 당업자에게 공지된 임의의 광경화성 수지가 템플릿 층을 위해 사용될 수 있다. 템플릿 층에 사용되는 수지는, 가교결합될 경우에, 개시된 구조화된 테이프의 사용 중에 백필 층으로부터 이형될 수 있어야 하거나, 이형 층(하기 참조)의 적용 및 이형 층을 적용하기 위한 공정과 상용성이어야 한다. 부가적으로, 템플릿 층에 사용되는 수지는 상기 논의된 바와 같은 접착 촉진 층의 적용과 상용성이어야 한다.

템플릿 층으로서 사용될 수 있는 중합체는 또한 하기의 것들을 포함한다: 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체; 스티렌(메트)아크릴레이트 공중합체; 폴리메틸메타크릴레이트; 폴리카르보네이트; 스티렌 말레산 무수물 공중합체; 유핵(nucleated) 반-결정질 폴리에스테르; 폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체; 폴리이미드; 폴리이미드 공중합체; 폴리에테르이미드; 폴리스티렌; 신디오닥틱 폴리스티렌; 폴리페닐렌 옥사이드; 환형 올레핀 중합체; 및 아크릴로니트릴, 부타다이엔, 및 스티렌의 공중합체. 하나의 바람직한 중합체는 이네오스 에이비에스 (유에스에이) 코포레이션(Ineos ABS (USA) Corporation)으로부터 입수가능한 루스트란(Lustran) SAN 스파클(Sparkle) 재료이다. 방사선 경화 템플릿 층을 위한 중합체에는 가교결합된 아크릴레이트, 예컨대, 다중작용성 아크릴레이트 또는 에폭시, 및 단일작용성 단량체 및 다중작용성 단량체와 블렌딩된 아크릴레이트화 우레탄이 포함된다.

패턴화되고 구조화된 템플릿 층은, 방사선 경화성 조성물의 층을 방사선 투과성 캐리어의 일 표면 상에 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계, 원위 표면 부분 및 인접한 함몰 표면 부분을 포함하는 정확하게 형상화되고 위치된 상호작용적 작용성 불연속체의 3차원 미세구조체를 충분한 접촉 압력 하에 상기 캐리어 상의 방사선 경화성 조성물의 층의 노출된 표면 내로 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 사전형성된 표면과 마스터를 접촉시켜 상기 패턴을 상기 층 내에 부여하는 단계, 및 상기 경화성 조성물을 캐리어를 통해 충분한 수준의 방사선에 노출시켜 방사선 경화성 조성물의 층이 마스터의 패턴화된 표면과 접촉하는 동안 상기 조성물을 경화시키는 단계에 의해 형성될 수 있다. 이러한 주조 및 경화 공정은, 캐리어의 롤을 사용, 캐리어 상에 경화성 재료의 층을 침착, 마스터 공구에 대해 경화성 재료를 적층, 및 화학 방사선을 사용하여 공구에 대해 경화성 재료를 경화시키는 연속 방식으로 실행될 수 있다. 이어서, 패턴화된 구조화된 템플릿이 상부에 배치된, 결과적으로 생성된 캐리어 롤은 롤업될 수 있다. 이러한 방법은, 예를 들어, 제US 6,858,253호(Williams et al.)에 개시되어 있다.

압출 또는 엠보싱된 템플릿 층의 경우, 템플릿 층을 구성하는 재료는 부여 받을 상부 구조화된 표면의 특정 토포그래피에 따라 선택될 수 있다. 일반적으로, 재료는 재료가 고형화하기 전에 구조체가 완전히 복제되도록 선택된다. 이는 압출 공정 동안 재료가 유지되는 온도 및 상부 구조화된 표면을 부여하기 위해 사용되는 공구의 온도뿐만 아니라 압출이 수행되고 있는 속도에 따라 부분적으로 좌우될 것이다. 전형적으로, 상부 층에 사용되는 압출가능한 중합체는 대부분의 작동 조건 하에서 압출 복제 및 엠보싱에 적합하기 위하여, T _g 가 약 140℃ 미만이거나, T _g 가 약 85℃ 내지 약 120℃이다. 일부 실시 형태에서, 캐리어 필름 및 템플릿 층은 동시에 공압출될 수 있다. 이러한 실시예는 둘 이상의 공압출 층을 필요로 한다 - 하나의 중합체를 갖는 상부 층 및 다른 중합체를 갖는 저부 층. 상부 층이 제1 압출가능한 중합체를 포함하는 경우, 제1 압출가능한 중합체는 T _g 가 약 140℃ 미만이거나 T _g 가 약 85℃ 내지 약 120℃일 수 있다. 상부 층이 제2 압출가능한 중합체를 포함하는 경우, 캐리어 층으로서 작용할 수 있는 제2 압출가능한 중합체는 T _g 가 약 140℃ 미만이거나 T _g 가 약 85℃ 내지 약 120℃이다. 분자량 및 용융 점도와 같은 다른 특성 또한 고려되어야 하며, 이는 사용되는 특정 중합체 또는 중합체들에 의존할 것이다. 템플릿 층에 사용되는 재료는 또한, 그들이 캐리어에 우수한 접착성을 제공하여 전사 필름의 수명 동안 2개 층의 탈층이 최소화되도록 선택되어야 한다.

압출 또는 공압출된 템플릿 층은 템플릿 층에 패턴화된 구조체를 부여할 수 있는 마스터 롤(공구) 상에 주조될 수 있다. 이는 회분식으로 또는 연속 롤-투-롤 공정으로 실행될 수 있다. 부가적으로, 압출되거나 공압출된 템플릿 층 상에 백필 층을 압출할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가공 후에 백필 층이 템플릿 층으로부터 분리될 수 있는 한, 3개 층 모두-캐리어, 템플릿, 및 백필 층을 한번에 공압출할 수 있다.

템플릿 층 중합체로서 사용할 수 있는 유용한 중합체는 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체; 스티렌(메트)아크릴레이트 공중합체; 폴리메틸메타크릴레이트; 스티렌 말레산 무수물 공중합체; 유핵(nucleated) 반-결정질 폴리에스테르; 폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체; 폴리이미드; 폴리이미드 공중합체; 폴리에테르이미드; 폴리스티렌; 신디오닥틱 폴리스티렌; 폴리페닐렌 옥사이드; 및 아크릴로니트릴, 부타다이엔, 및 스티렌의 공중합체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 중합체를 포함한다. 제1 압출가능한 중합체로서 사용될 수 있는 특히 유용한 중합체는 다우 케미칼로부터 입수가능한 타이릴(TYRIL) 공중합체로서 공지된 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체를 포함하며; 그 예는 타이릴 880 및 125를 포함한다. 템플릿 중합체로서 사용될 수 있는 특히 유용한 다른 중합체는 둘 모두 노바 케미칼(Nova Chemical)로부터의 것인 스티렌 말레산 무수물 공중합체 다이라크(DYLARK) 332 및 스티렌 아크릴레이트 공중합체 나스(NAS) 30을 포함한다. 마그네슘 실리케이트, 소듐 아세테이트, 또는 메틸렌비스(2,4-다이-t-부틸페놀) 산 소듐 포스페이트와 같은 핵화제와 블렌딩된 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 또한 유용하다.

템플릿 층은, 제목이 "구조화된 적층 전사 필름 및 방법"인 본 출원인들의 계류 중인 출원 제2014/0021492호에 개시된 템플릿 층이 그렇듯이, 그것이 나중에 작제물로부터 제거될 것이라는 의미에서 희생 층일 수 있다. 그러나, 개시된 전사 테이프 및 그로부터 제조된 용품의 제조 방법은 템플릿 층이 희생 층일 것을 필요로 하지는 않는다.

이형 층

템플릿 층은 백필 층으로부터 제거된다. 템플릿 층에 대한 백필 층의 접착성을 감소시키기 위한 일 방법은 필름에 이형 코팅을 적용하는 것이다. 이형 코팅을 템플릿 층의 표면에 적용하는 한 가지 방법은 플라즈마 침착을 이용하는 것이다. 플라즈마 가교결합된 이형 코팅을 생성하기 위해 올리고머가 사용될 수 있다. 올리고머는 코팅 전에 액체 형태 또는 고체 형태일 수 있다. 전형적으로, 올리고머는 분자량이 1000 초과이다. 또한, 올리고머는 전형적으로 올리고머가 너무 휘발성이 되지 않도록 10,000 미만의 분자량을 갖는다. 분자량이 10,000 초과인 올리고머는 전형적으로 너무 비휘발성이어서, 코팅 동안 소적(droplet)이 형성되게 할 수 있다. 일 실시 형태에서, 올리고머는 분자량이 3000 초과 및 7000 미만이다. 다른 실시 형태에서, 올리고머는 분자량이 3500 초과 및 5500 미만이다. 전형적으로, 올리고머는 저마찰 표면 코팅을 제공하는 특성을 갖는다. 적합한 올리고머는 실리콘-함유 탄화수소, 반응성 실리콘-함유 트라이알콕시실란, 방향족 및 지방족 탄화수소, 불소화합물계 물질(fluorochemical) 및 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 적합한 수지는 다이메틸실리콘, 탄화수소계 폴리에테르, 플루오로케미칼 폴리에테르, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌, 및 플루오로실리콘을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 플루오로실란 표면 화학, 진공 침착, 및 표면 플루오르화가 또한 이형 코팅을 제공하는 데 사용될 수 있다.

플라즈마 중합된 얇은 필름은 종래의 중합체와 별도인 부류의 재료를 구성한다. 플라즈마 중합체에서, 중합은 랜덤하고, 가교결합도는 극히 높고, 생성된 중합체 필름은 상응하는 "종래의" 중합체 필름과는 매우 상이하다. 따라서, 플라즈마 중합체는 특유하게 상이한 재료 부류인 것으로 당업자에게 여겨지고 본 개시된 물품에 유용하다.

게다가, 이형 코팅을 템플릿 층에 적용하기 위한 다른 방법이 있으며, 이에는 블루밍(blooming), 코팅, 공압출, 분무 코팅, 전기코팅, 또는 딥(dip) 코팅이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.

접착 촉진 층 재료

접착 촉진 층은, 전사 필름의 성능에 실질적으로 악영향을 주지 않고, 수용체 기재에 대한 전사 필름의 접착력을 향상시키는 임의의 재료에 의해 구현될 수 있다. 백필 층을 위한 예시적인 재료는 또한 접착 촉진 층에 사용될 수 있다. 개시된 용품 및 방법에 유용한 접착 촉진 재료는 포토레지스트(양성 및 음성), 자기-조립 단층, 실란 커플링제, 및 거대분자를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 실세스퀴옥산은 접착 촉진 층으로서 기능할 수 있다. 다른 예시적인 재료에는 벤조사이클로부탄, 폴리이미드, 폴리아미드, 실리콘, 폴리실록산, 실리콘 하이브리드 중합체, (메트)아크릴레이트, 및 매우 다양한 반응성 기, 예를 들어 에폭사이드, 에피설파이드, 비닐, 하이드록실, 알릴옥시, (메트)아크릴레이트, 아이소시아네이트, 시아노에스테르, 아세톡시, (메트)아크릴아미드, 티올, 실란올, 카르복실산, 아미노, 비닐 에테르, 페놀릭, 알데하이드, 알킬 할라이드, 신나메이트, 아지드, 아지리딘, 알켄, 카르바메이트, 이미드, 아미드, 알킨, 및 이들 기의 임의의 유도체 또는 조합으로 작용화된 다른 실란 또는 거대분자가 포함될 수 있다. 추가로, 모멘티브 인코포레이티드(Momentive, Inc.)(미국 뉴욕주 워터포드 소재)로부터 상표명 "실퀘스트(SILQUEST) A174"로 구매가능한 전매특허의(proprietary) 실란 표면 개질제가 특히 적합한 것으로 확인되었다.

이형 라이너

임의로, 백필 층을 임시 이형 라이너로 덮을 수 있다. 이형 라이너는 패턴화되고 구조화된 백필을 취급 중에 보호할 수 있고, 구조화된 백필 또는 구조화된 백필의 일부를 수용체 기재에 전사하기 위해, 원하는 경우, 용이하게 제거될 수 있다. 개시된 전사 필름에 유용한 예시적인 라이너는 PCT 특허 출원 공개 제WO 2012/082536호(Baran et al.)에 개시되어 있다.

라이너는 가요성 또는 강성일 수 있다. 바람직하게는, 가요성이다. 적합한 라이너 (바람직하게는, 가요성 라이너)는 전형적으로 두께가 0.5 밀 이상이고, 전형적으로 두께가 20 밀 이하이다. 라이너는 이형 코팅이 그의 제1 표면 상에 배치된 배킹(backing)일 수 있다. 선택적으로, 이형 코팅이 그의 제2 표면 상에 배치될 수 있다. 이러한 배킹이 롤 형태의 전사 물품에 사용되는 경우, 제2 이형 코팅은 제1 이형 코팅보다 더 낮은 이형 값을 갖는다. 강성 라이너로서 기능할 수 있는 적합한 재료에는 금속, 금속 합금, 금속-매트릭스 복합재, 금속화 플라스틱, 무기 유리 및 유리화 유기 수지, 성형 세라믹(formed ceramic), 및 중합체 매트릭스 강화 복합재가 포함된다.

예시적인 라이너 재료는 종이 및 중합체 재료를 포함한다. 예를 들어, 가요성 배킹은 고밀화 크래프트지(densified Kraft paper)(예를 들어, 미국 일리노이주 윌로우브룩 소재의 로파렉스 노스 아메리카(Loparex North America)로부터 구매가능한 것들), 폴리-코팅지, 예를 들어 폴리에틸렌 코팅된 크래프트지, 및 중합체 필름을 포함한다. 적합한 중합체 필름은 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌프탈레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리카르보네이트, 또는 이들의 조합을 포함한다. 부직포 또는 직포 라이너가 또한 유용할 수 있다. 부직포 또는 직포 라이너를 갖는 실시 형태는 이형 코팅을 포함할 수 있다. 미국 버지니아주 마틴스빌 소재의 솔루티아/CP 필름즈(Solutia/CP Films)로부터 입수가능한, 실리콘 코팅된 2 밀 폴리에스테르 필름 라이너인 클리어실(CLEARSIL) T50 이형 라이너, 및 미국 위스콘신주 하몬드 소재의 로파렉스(Loparex)로부터 입수가능한, 플루오로실리콘-코팅된 2 밀 폴리에스테르 필름 라이너인 로파렉스 5100 이형 라이너가 유용한 이형 라이너의 예이다.

라이너의 이형 코팅은 불소-함유 재료, 규소-함유 재료, 플루오로중합체, 실리콘 중합체, 또는 12 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 갖는 알킬 (메트)아크릴레이트를 포함하는 단량체로부터 유도된 폴리(메트)아크릴레이트 에스테르일 수 있다. 일 실시 형태에서, 알킬 기는 분지형일 수 있다. 유용한 플루오로중합체 및 실리콘 중합체의 예시적인 예는 미국 특허 제4,472,480호(올슨(Olson)), 제4,567,073호 및 제4,614,667호(둘 모두 라슨(Larson) 등)에서 찾을 수 있다. 유용한 폴리(메트)아크릴레이트 에스테르의 예시적인 예는 미국 특허 출원 공개 제2005/118352호(수와(Suwa))에서 찾을 수 있다. 라이너의 제거는 백필 층의 표면 토폴로지를 부정적으로 변화시켜서는 안 된다.

첨가제 재료

다양한 조건 하에 성능을 개선하거나 유지하기 위해, 전사 필름에 사용되는 수지는 임의의 첨가제를 함유할 수 있다. 이들은 광개시제, 중합 개시제, 장애 아민 광 안정화제, 감작제, 산화방지제, 촉매, 분산제, 레벨링제 등을 포함할 수 있다.

충진제

전사 필름에 사용되는 수지는 기계적 성능, 열적 성능, 접착 성능, 또는 광학 성능을 향상하기 위해 무기 충진 재료를 함유할 수 있다. 예를 들어, 광학 투명성을 희생시키지 않으면서 수지의 경도를 향상하기 위해 실리카 나노입자를 사용할 수 있다. 수지 층의 광학 투명성을 희생시키지 않으면서 코팅의 굴절률을 개질하기 위해 금속 옥사이드 나노입자를 사용할 수 있다. 이들의 예는 지르코늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 하프늄 옥사이드 등으로부터 제조된 나노입자를 포함한다. 전사 필름 내에 사용되는 수지와의 상용성을 향상하기 위해, 상기 나노입자를 적절한 리간드로 작용화할 수 있다. 이들의 예는 오가노알코올, 카르복실산, 오가노실란 등을 포함할 수 있다.

본 개시 내용의 목적 및 이점은 하기 예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 예에 인용된 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 개시 내용을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예

이들 실시예는 단지 예시의 목적만을 위한 것이며, 첨부된 청구범위의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지에서 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 달리 지시되지 않는 한, 사용한 용매 및 다른 시약은 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company)로부터 입수하였다.

[표 1]

[표 2]

기재 제조

유리 슬라이드를 아세톤 및 아이소프로판올로 잘 헹구고 클린룸 와이프(cleanroom wipe)로 건조시켰다. YES G1000 시스템(O ₂ =60 sccm, 시간 = 3 min, RF= 300 W) 내에서 슬라이드를 산소 플라즈마에 노출시켜 임의의 잔류 탄화수소 오염을 제거하고 표면 실란올 기를 노출시켰다. 사용할 준비가 될 때까지 슬라이드를 >100 C의 고온 오븐 내에서 건조 상태로 유지한 후, 3 방울의 3-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실란("실퀘스트 A-174")과 함께 데시케이터에 넣었으며, 이어서 이를 섭씨 80 도의 오븐에 4 시간 동안 넣었다. 데시케이터로부터 제거한 후에 물 접촉각의 변화가 관찰되었으며, 이는 실란의 단층의 침착을 의미한다. 유리 슬라이드에 공유 결합되지 않은 임의의 실란을 아세톤 및 아이소프로판올로 세척하였다. 실시예 #1은 유리 슬라이드 상에 침착된 실퀘스트 A-174 접착 촉진제를 필요로 하지 않았다.

템플릿/ 미세구조화된 이형 라이너 제조

기본 필름은, 1% 오만 071 광개시제를 가진 우바큐어 1500과 TMPTA의 50/50 블렌드를 포함하는 UV 경화 프라이머로 프라이밍된 2-밀 PET였다. 복제 수지는 1% 다로큐어(Darocur) 1173, 1.9% 트라이에탄올아민, 0.5% 오만 071, 및 0.3% 메틸렌 블루를 포함하는 광개시제 패키지를 가진 SR 399와 SR238의 75/25 블렌드였다. 화씨 137 도의 공구 온도로 20 fpm에서 수지의 복제를 수행하였다. 600 W/in으로 작동하는 퓨전 "D" 램프로부터의 방사선을 필름을 통해 투과시켜, 수지를 공구와 접촉시키면서 경화시켰다. 복합재 필름을 툴로부터 제거하였고 필름의 패턴화된 측면을, 화씨 100도로 가열된 냉각 롤과 접촉시키면서, 360 W/in로 작동하는 퓨전 "D" 램프를 사용하여 UV 후경화시켰다. 미세구조체는 다중 피치(400, 500, 및 600 nm)를 갖는 광학 회절 패턴을 함유하였다.

복제된 템플릿 필름을 250 표준 cc/min(SCCM)의 유속, 25 mTorr의 압력, 및 1000 와트의 RF 출력에서 30초 동안 아르곤 가스로 프라이밍하였다. 이어서, 샘플을 테트라메틸실란(TMS) 플라즈마에 150 SCCM의 TMS 유속으로 노출시켰으나 산소 첨가는 없었으며; 이는 약 0의 산소 대 규소의 원자비에 상응한다. 챔버 내의 압력은 25 mTorr였고, 1000 와트의 RF 출력을 10초 동안 사용하였다.

수지 가공, 적층, 및 경화

상기 표 2에 나타낸 수지 제형을 폴리프로필렌 컵에 첨가하고 스피드 믹서(Speed Mixer)(플랙텍(Flacktek)) 내에서 30 sec 동안 2500 rpm에서 균질해질 때까지 혼합하였다. 상기 기재된 미세구조화된 이형 라이너 상에 5 밀 갭을 가진 노치 바(notch bar)를 사용하여 제형을 코팅하였다. 필름이 점착성 겔을 형성할 때까지 오븐 내에서 필름을 120℃에서 4 분 동안 건조시켰다. 필름의 섹션을 잘라내어 핸드 롤러로 유리 슬라이드에 적층하고, 대류 오븐 내에서 30 분 동안 60℃에서 예비-소성하여 접착성이 생기게 한 후, 30 피트/min에서 300W/in 강도 2 패스의 퓨전 H 전구로 UV 경화시켰다. 후열소성(post thermal bake)을 위해 유리/필름 공구 적층체를 120℃의 오븐에 다시 넣어 경화 공정을 완결한 후, 미세구조화된 이형 공구를 제거하였으며, 미세구조화된 공구 필름의 역패턴이 기재 상에 남았다.

시험 방법

시험 방법 1: 투과도, 탁도, 및 투명도

평균 % 투과도, 탁도, 및 투명도의 측정은 ASTM D1003-11을 기반으로 탁도계(미국 메릴랜드주 컬럼비아 소재의 BYK 가디너(BYK Gardiner), 상표명 "BYK 헤이즈가드 플러스(BYK Hazegard Plus)")로 수행하였다.

시험 방법 2: 미세구조체 열 안정성 시험

나노구조화된 공구 필름을 박리시킨 후, 기재에 접착된 완전히 경화된 나노구조체는 육안으로 볼 수 있는 광학 회절 패턴을 형성한다. 유리 슬라이드를 100℃에서 15 분 동안 질소 세트 하에 열판 상에 놓았다. 시험 전 및 후에 유리 슬라이드의 사진을 촬영하고 각각의 광학 회절 패턴을 병치하여 비교하였다. 이러한 모든 시험 후에 나노구조체의 광학 회절에 변화가 관찰되지 않을 경우, 수지 제형은 "합격"으로 간주되었다. 샘플이 합격할 경우, 가열을 최대 230℃까지 수행한 점을 제외하고는, 동일한 샘플로 동일한 절차를 따랐다.

시험 방법 3: 박리 접착성

박리 접착성은, 특정 각도 및 제거 속도에서 측정된, 코팅된 가요성 재료 시트를 시험 패널로부터 제거하기 위해 필요한 힘이다. 아이소프로필 알코올을 사용하여 필름 적용 전에 유리를 세정하였다. 샘플을 1" 폭의 스트립으로 절단하였다. 적층 후 시험 전에, 샘플을 실온, 23℃ 및 50%의 상대 습도에서 15 분 동안 평형화하였다. 아이매스 2100 슬립/필 테스터(IMASS 2100 Slip/Peel Tester)(미국 매사추세츠주 어코드 소재의 아이매스 인코포레이티드(IMASS, Inc.))를 사용하여 12 in/min의 크로스헤드 속도에서 180 도 후방 박리(peel back)로서 박리 접착성을 측정하였다. 박리 접착력은 3회 반복실험의 평균으로서 온스/인치의 단위로 보고되어 있다.

시험 방법 4: 평행판 레오미터

노치-바를 사용하여 5 밀 건조 두께로 이형 라이너 상에 수지 제형을 코팅한 후, 상기 기재된 바와 같이 120℃에서 경화시켰다. 이어서, 30 밀의 건조 두께를 달성하기 위해, 다중의 핸드스프레드를 그들 자신의 상부에 적층하였다. 8 mm 직경의 평행판 사이에 접착제를 두고 TA 인스트루먼츠(TA Instruments)(미국 델라웨어주 뉴 캐슬 소재) 디스커버리 하이브리드 레오미터(Discovery Hybrid Rheometer)를 -65 내지 170℃에서 1 rad/sec로 실행하였다.

시험 방법 5: 유리 전이 온도

H-전구 및 1 J/㎠의 노출 선량을 사용하는 퓨전 UV 프로세서(Fusion UV processor)(미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 헤레우스(Hereus))에서 자외 방사선을 사용하여 모든 실시예 및 비교예를 C-단계로 경화시켰다.

유리 전이 온도를 측정하기 위해, 경화된 필름을 5 mm 폭으로 절단하고 TA 인스트루먼츠 Q800 다이나믹 메카니컬 어낼라이저(DMA)(TA Instruments Q800 Dynamic Mechanical Analyzer) 내에 클램핑하였다. 실험은 인장 모드로 0℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 변형률 진폭 5 마이크로미터, 1 ㎐의 주파수, 및 2℃/min의 가열 속도로 실행되었다. 유리 전이 온도는 탄젠트 델타 곡선의 피크에 의해 정의되었다.

시험 방법 6: 열 분해 온도

완전히 경화된 수지의 조각(각각 약 2 mg)을 TA 인스트루먼츠(미국 델라웨어주 뉴 캐슬 소재)로부터의 Q500 서모그라비메트릭 어낼라이저(Q500 Thermogravimetric Analyzer) 내부의 영점 조정된 알루미늄 팬에 넣었다. 선택된 가열 속도는 10℃/ min로 550℃까지였다. 분해 온도는 수지가 그의 원래 중량의 95%까지 분해된 온도로서 정의되었다.

결과

다중작용성 아크릴레이트 점착부여제와 조합하여 선형 열가소성 중합체를 사용하여 비교예 1 및 비교예 2를 제조하였다. 다중작용성 아크릴레이트 점착부여제 및 접착 촉진제와 조합하여 가교결합된 에폭시를 사용하는 실시예 1 및 실시예 2에 이들을 비교하였다. 필름의 B-단계에서의 접착 특성 및 필름의 C-단계에서의 고온 성능을 확인하기 위해 시험을 수행하였다.

시험 방법 #2에 상기 기재된 열 안정성 시험을 사용하여 초기 스크리닝을 수행하였다. 비교예 1에서는 100℃에서 15 분 후에 미세구조체로부터 광학 회절이 사라지는 것이 관찰되었다. 이러한 수지는 향후의 가공 및 분석으로부터 배제되었다. 비교예 #2는 100 C 열 안정성 소성 시험에 합격하였으나, 230℃ 열 안정성 시험에는 불합격하였다. 실시예 1 및 실시예 2는 양자 모두의 시험에 합격하였으며 추가로 평가되었다.

[표 3]

100℃ 미세구조체 열 안정성 시험에 합격한 완전히 경화된 수지 샘플의 투과도 및 탁도 측정, 유리 전이 온도, 및 열 분해 온도 분석을 수행하였다. 결과는 표 4에 나타낸다. 모든 수지 제형이 높은 투과도 및 낮은 탁도를 나타냈다. 이들 수지 제형 사이의 주요 차이점은 그들의 열 분해 온도이다. 열가소성 성분을 사용하는 CE1은 215℃에서 분해되기 시작하며, 230℃까지는 미세구조체로부터 생성되는 광학 회절이 완전히 사라졌다. E1 및 E2는 양자 모두 분해 온도가 300℃ 초과이다. 높은 분해 온도는 150℃ 초과의 유리 전이 온도와 조합되어 향상된 고온 구조 성능을 유발한다. CE2는, 하나는 섭씨 2 도에서, 그리고 두번째는 섭씨 168 도에서, 2개의 유리 전이 온도를 나타내므로, CE2는 하나 이상의 유리 전이 온도가 섭씨 150 도 미만이다.

[표 4]

표 5는 B-단계의 필름의 박리 접착성, 유리 전이 온도, 및 평행판 레오미터 시험 결과를 나타낸다. 결과는 E1 및 E2가 CE2에 비교하여 더 높은 저장 탄성률(storage modulus) 및 또한 더 높은 유리 전이 온도 값(섭씨 150 도 초과)을 갖는다는 것을 나타낸다. E1 및 E2는 또한 CE2보다 더 낮은 박리 접착성 값을 가졌다. 그러나, E1 및 E2가 부분적으로 경화될 경우에 수용체 기재 상의 웨트-아웃을 가능하게 하는 접착 특성과, 기재 상에 완전히 경화되고 공구 필름 주형으로부터 제거될 경우에 고온 구조 성능을 유지하는 것의 조합을 가질 수 있었다는 것은 의외였다.

[표 5]

따라서, 이중-경화 나노구조체 전사 필름의 형성 방법의 실시 형태가 개시된다.

본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌 및 간행물은, 그것들이 본 발명과 직접적으로 모순될 수 있는 경우를 제외하고는, 명백히 본 발명에 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 특정 실시양태가 본원에 예시 및 기술되어 있지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 대안 및/또는 등가의 구현양태가 도시 및 기술된 특정 실시양태를 대신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 실시 형태의 임의의 개조 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 청구범위 및 이의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다. 개시된 실시 형태는 제한이 아닌 예시의 목적을 위해 제공된다.