KR100778911B1 - 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 시편이 마련되고, 이동가능한 스테이지; 상기 스테이지 일측에 위치하고, 시편면을 가압 왕복이동하는 압자툴; 및 상기 스테이지의 이동속도에 관해 설정된 이동속도신호 및 상기 압자툴의 가압왕복이동에 관해 설정된 가압주기 신호와 가압깊이 신호를 이용하여 상기 스테이지 및 상기 압자툴의 구동을 동시 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 압자툴의 가압에 따라 상기 시편면이 변형되어 상기 압자툴의 형상과 대응되는 형상의 미세패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법이 제공된다. 개시된 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법에 따르면, 압자툴의 형상에 따라 다양한 형태의 미세패턴이 형성될 수 있으며, 스테이지의 이동속도 및 압자툴의 가압주기에 따라 미세패턴의 길이가 다양하게 조절될 수 있을 뿐만 아니라, 압자툴의 가압주기 또는 스테이지의 이동속도를 시간에 따라 변경 조절하는 것에 의해 불연속적 미세패턴어레이의 고속 성형이 가능하다.

압자, PZT 액추에이터, 가압, 스테이지, 미세패턴

Description

압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법{Apparatus for formation of discontinuous fine pattern using press and method for thereof}

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치의 개략도,

도 1b는 도 1a의 스테이지와 시편의 다른 실시예를 나타내는 개략도,

도 2는 도 1a 및 도 1b의 압자툴 형상의 일 실시예를 나타내는 사시도,

도 3은 도 1a 및 도 1b의 압자툴 형상의 다른 실시예를 나타내는 사시도,

도 4 내지 도 7은 도 1a 또는 도 1b의 장치에 의해 형성된 미세패턴의 형상에 관한 예시 평면도,

도 8은 도 1a 또는 도 1b의 장치를 이용한 미세패턴 성형 방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...시편 110...스테이지

120...제어부 130...압자툴

140...PZT 액추에이터

본 발명은 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시편면을 압자툴로 가압하여 미세패턴을 성형하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에는 마이크로 렌즈 어레이 등과 같은 미세패턴 성형시에 엔드밀링(end milling) 공정 또는 에칭(etching) 공정을 이용하고 있다.

그런데, 상기와 같이 엔드밀링 공정 또는 에칭공정을 이용하여 미세패턴을 성형하는 경우 가공시간이 낭비됨은 물론이며 상기 엔드밀링 또는 에칭공정에 필요한 각종 장비 구축에 따른 제작비용 소모 및 제작공정의 복잡화 등의 문제점으로 인하여, 제작시간과 제작비용적인 면에서 매우 불리한 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 압자툴의 가압과 스테이지 이동의 동시 공정을 이용한 미세패턴 성형 방식을 이용하여 제작공정이 간단하며 제작시간 및 제작비용을 절감할 수 있는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압자를 이용한 불연속 미세패 턴 성형 장치는, 시편이 마련되고, 이동가능한 스테이지; 상기 스테이지 일측에 위치하고, 시편면을 가압 왕복이동하는 압자툴; 및 상기 스테이지의 이동속도에 관해 설정된 이동속도신호 및 상기 압자툴의 가압왕복이동에 관해 설정된 가압주기 신호와 가압깊이 신호를 이용하여 상기 스테이지 및 상기 압자툴의 구동을 동시 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 압자툴의 가압에 따라 상기 시편면이 변형되어 상기 압자툴의 형상과 대응되는 형상의 미세패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이지는, 상기 제어부의 이동속도신호에 따라 회전이동되며,

상기 시편은, 상기 스테이지의 외주면을 감싸도록 고정된 롤 타입일 수 있다.

또한, 상기 제어부에 설정된 상기 가압주기 신호는, 시간에 따라 일정 주기를 갖는 일정주기 신호 또는 시간에 따라 가변 주기를 갖는 가변주기 신호이며, 상기 형성되는 미세패턴의 길이는, 상기 제어부에 설정된 상기 스테이지의 이동속도신호와 상기 압자툴의 가압주기 신호에 따라 조절될 수 있다.

그리고, 상기 압자툴은, 상기 제어부의 가압주기 신호 및 가압깊이 신호를 입력받아 작동되는 PZT(Piezoelectric) 액추에이터에 의해 구동될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압자를 이용한 미세패턴 성형 방법은, 스테이지에 시편을 마련하는 시편 마련 단계; 제어부에 설정된 이동속도신호에 따라 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 구동 단계; 상기 스테이지 구동이 이루어지는 동안, 상기 제어부에 설정된 가압주기 신호 및 가압깊이 신호에 따라 상기 시편 일측에 위치한 압자툴을 시편면으로 가압 왕복시키는 압자툴 가압 단계; 및 상기 압자툴의 가압에 따라 상기 시편면이 변형되어 상기 압자툴의 형상과 대응되는 형상의 미세패턴이 형성되는 미세패턴 형성 단계를 포함한다.

상기의 방법에 있어서, 상기 스테이지는, 상기 제어부의 이동속도신호에 따라 회전이동되며, 상기 시편은, 상기 스테이지의 외주면을 감싸도록 고정된 롤 타입일 수 있다.

또한, 상기의 방법에 있어서, 상기 제어부에 설정된 상기 가압주기 신호는, 시간에 따라 일정 주기를 갖는 일정주기 신호 또는 시간에 따라 가변 주기를 갖는 가변주기 신호일 수 있으며, 상기 형성되는 미세패턴의 길이는, 상기 제어부에 설정된 상기 스테이지의 이동속도신호와 상기 압자툴의 가압주기 신호에 따라 조절될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치의 개략도, 도 1b는 도 1a의 스테이지와 시편의 다른 실시예를 나타내는 개략도, 도 2는 도 1a 및 도 1b의 압자툴 형상의 일 실시예를 나타내는 사시도, 도 3은 도 1a 및 도 1b의 압자툴 형상의 다른 실시예를 나타내는 사시도, 도 4 내지 도 7은 도 1a 또는 도 1b의 장치에 의해 형성된 미세패턴의 형상에 관한 예시 평면도, 도 8은 도 1a 또는 도 1b의 장치를 이용한 미세패턴 성형 방법의 흐름도이다.

도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치(100)는 스테이지(110), 압자툴(130) 및 제어부(120)를 포함한다.

상기 스테이지(110)는 가공하고자 하는 시편(10)이 마련되고, 상기 시편(10)을 고정한 상태에서 이동 가능하다. 여기서, 상기 시편(10)은 압자툴(130)의 압자 동작에 의해 소재의 변형이 가능한 금속 또는 비금속 물질일 수 있다.

도 1a의 경우는, 상기 시편(10)이 스테이지(110) 상부에 마련된 경우로서, 이러한 스테이지(110)는 상기 시편(10)을 상부에 고정한 상태에서 수평 이동 가능하다.

그리고, 이와는 달리 도 1b는 상기 스테이지(110)가 상기 제어부(120)의 이동속도신호에 따라 회전이동되는 경우로서, 스테이지(110) 양단에는 상기 스테이지(110)를 지지하는 지지부(111)가 더 구비되며, 상기 시편(10)은 상기 스테이지(110)의 외주면을 감싸도록 고정된 롤 타입을 갖는다. 즉, 도 1b의 경우, 상기 스테이지(110)의 회전이동에 따라 스테이지(110)에 고정된 시편(10) 또한 함께 회 전될 수 있다.

한편, 상기 압자툴(130)은 상기 스테이지(110) 일측에 위치하며, 시편면을 가압 왕복이동하는 부분이다.

여기서, 상기 압자툴(130)은, 도 1a의 경우 상기 스테이지(110) 상측에 위치하여 시편면을 상하방향으로 가압 왕복이동할 수 있고, 도 1b의 경우에는 상기 스테이지(110) 일측면에서 수평방향으로 가압 왕복이동할 수 있다. 물론, 도 1b에서 상기 압자툴(130)의 위치가 스테이지(110) 일측면이 아닌 상측면에 구비되는 경우, 압자툴(130)의 상하 가압 왕복이동이 가능함은 물론이다.

이러한 압자툴(130)은 경도특성이 우수하여 가공효율이 좋은 다이아몬드 또는 초경합금일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 나열하지 않은 다른 재질로 변경 적용될 수 있다.

상기 제어부(120)는 상기 스테이지(110)의 이동속도에 관해 설정된 이동속도신호 및 상기 압자툴(130)의 가압왕복이동에 관해 설정된 가압주기 신호와 가압깊이 신호를 이용하여 상기 스테이지(110) 및 상기 압자툴(130)의 구동을 동시 제어하는 부분이다.

이러한 상기 제어부(120)는 외부로부터 상기 각 신호에 관한 정보를 입력받아 프로그램화되어 구동될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 압자툴(130)은 상기 제어부(120)의 가압주기 신호 및 가압깊이 신호를 입력받아 작동되는 PZT(Piezoelectric) 액추에이터(140)에 의해 구동될 수 있다. 이러한 상기 PZT(Piezoelectric) 액추에이터(140)에 따르면 미세하고 섬세한 패턴가공 및 패턴의 형상변경에 용이한 장점이 있다.

여기서, 상기 압자툴(130)의 구동원은 상술한 PZT(Piezoelectric) 액추에이터(140)로 한정되지 않으며 압자툴(130)의 모션 구동이 가능한 어떠한 구동장치로 변경 적용되어도 무방하다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 상기 압자툴(130)의 가압에 따라 상기 시편면이 소성 변형 등과 같은 소재의 변형이 일어나게 되어 상기 압자툴(130)의 형상과 대응되는 형상의 도 1a와 같은 미세패턴이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 압자툴(130)의 형상이 도 2와 같은 피라미드 형상인 경우, 상기 미세패턴의 형상은 도 1a 또는 도 6과 같이 상기 피라미드 형상과 대응되는 형상으로 성형될 수 있다.

또한, 상기 압자툴(130)이 도 3과 같이 단부가 둥근 원형인 경우 또는 도시되지 않은 사각형인 경우에는 도 4 또는 도 5와 같이 상기 원형 또는 사각형 형상과 대응되는 형상으로 성형될 수 있다.

또한, 상기 형성되는 미세패턴의 크기는 상기 제어부(120)에 설정된 각 제어 신호에 따라 수십 내지 수백 마이크로미터 단위를 가질 수 있는데 이러한 미세패턴의 크기는 반드시 상술한 바로 한정되지는 않는다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 압자툴(130)의 형상 변경에 따라 상기 형성되는 미세패턴의 형상 또한 다양하게 변경 가능하다.

한편, 상기 형성되는 미세패턴은 도 1a 또는 도 4 내지 도 7을 참고로, 도트 형상 또는 일정 길이를 갖는 막대형상일 수 있다.

다시 말해서, 상기 형성되는 미세패턴의 길이는, 상기 제어부(120)에 설정된 상기 스테이지(110)의 이동속도신호와 상기 압자툴(130)의 가압주기 신호에 따라 달리 변경 조절될 수 있다.

예를 들어, 상기 스테이지(110)의 이동속도가 빠르거나 상기 압자툴(130)의 가압주기가 느린 경우, 도 5 또는 도 7와 같이 길이가 긴 장형의 미세패턴이 형성될 수 있고, 이와 반대로 상기 스테이지(110)의 이동속도가 느리거나 상기 압자툴(130)의 가압주기가 빠른 경우, 길이가 짧은 미세패턴 또는 도 4와 같은 도트 형상의 미세패턴이 형성될 될 수 있다.

한편, 상기 제어부(120)에 설정된 상기 압자툴(130)에 관한 가압주기 신호는, 시간에 따라 일정 주기를 갖는 일정주기 신호 또는 시간에 따라 가변 주기를 갖는 가변주기 신호일 수 있다.

예를 들어, 상기 압자툴(130)의 가압주기가 시간에 따라 일정한 경우, 상기 형성되는 패턴은 도 4 또는 도 5와 같이 일정간격의 도트형상의 패턴 또는 일정간격의 장형의 패턴일 수 있다.

이와 반대로, 상기 압자툴(130)의 가압주기가 시간에 따라 가변되는 가변주기를 갖는 경우, 도 6과 같이 도트 형상의 패턴과 장형의 패턴이 조합되는 등의 각기 다른 길이를 갖는 불연속적인 패턴 어레이가 형성될 수 있다.

물론, 상기 압자툴(130)의 가압주기의 변경 이외에도, 상기 압자툴(130)의 가압주기가 일정한 상태에서 상기 제어부(120)에 의해 상기 스테이지(110)의 이동속도가 시간에 따라 변경되는 경우 또한 상술한 바와 같은 불연속 패턴을 형성시킬 수 있음은 물론이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 상기 제어부(120)에 설정된 스테이지(110)의 이동속도신호 및 압자툴(130)의 가압주기 신호에 따라 미세패턴길이를 다양하게 조절할 수 있음은 물론이며, 상기 제어부(120)에 설정된 압자툴(130)의 가압주기 신호 또는 상기 스테이지(110)의 이동속도신호를 시간에 따라 변경 조절하는 것에 의해 불연속적인 미세패턴어레이를 고속 형성시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명과 같이 단순히 제어부(120)의 신호 제어에 따른 압자툴(130)과 스테이지(110)의 구동 조절에 의한 패턴 성형 방법에 따르면, 제작공정이 간편함은 물론이며 기존의 엔드밀링 등의 공정에 비하여 제작시간 및 제작비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 도 1a 내지 도 8을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 압자를 이용한 미세패턴 성형 방법에 관하여 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 스테이지(110)에 패턴을 형성하고자 하는 시편(10)을 마련한다(S100).

여기서, 상기 시편(10)은, 도 1a의 경우 스테이지(110) 상부에 마련되고, 도 1b의 경우는 상기 스테이지(110)의 외주면을 감싸도록 롤 타입으로 마련된다.

다음으로, 제어부(120)에 설정된 이동속도신호에 따라 상기 스테이지(110)를 이동시킨다(S110). 즉, 상기 스테이지(110)의 이동속도는 상기 제어부(120)에 설정되는 이동속도신호에 따라 변경 가능하다.

한편, 이러한 상기 제어부(120)에 의한 스테이지(110)의 이동은, 도 1a의 경우 상기 시편(10)을 상부에 고정한 상태에서 수평 이동되며, 도 1b의 경우는 상기 시편(10)을 외주면에 감싸도록 고정한 상태에서 회전이동된다.

상기 스테이지 구동 단계(S110)가 이루어지는 동시에, 상기 제어부(120)에 설정된 가압주기 신호 및 가압깊이 신호에 따라 상기 시편(10) 일측에 위치한 압자툴(130)을 시편면으로 가압 왕복이동시킨다(S120).

즉, 상기 압자툴(130)의 가압/가압해지에 관한 가압주기 및 가압되는 깊이정도인 가압깊이는 상기 제어부(120)에 설정된 가압주기신호 및 가압깊이신호에 따라 변경 조절될 수 있다.

여기서 상기 압자툴(130)은, 도 1a의 경우 상기 스테이지(110) 상측에 위치하여 시편면을 상하로 가압 왕복이동할 수 있고, 도 1b의 경우에는 상기 스테이지(110) 일측면에서 수평으로 가압 왕복이동할 수 있다.

다음으로, 이상과 같은 상기 압자툴(130)의 가압에 따라 상기 시편면이 변형되어 상기 압자툴(130)의 형상과 대응되는 형상의 미세패턴이 형성된다(S130).

여기서 물론 상기 제어부(120)에 설정된 상기 가압주기 신호는, 상술한 바와 같은 시간에 따라 일정 주기를 갖는 일정주기 신호 또는 시간에 따라 가변 주기를 갖는 가변주기 신호일 수 있으며, 상기 형성되는 미세패턴의 길이는, 상기 제어부(120)에 설정된 상기 스테이지(110)의 이동속도신호와 상기 압자툴(130)의 가압주기 신호에 따라 달리 조절될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 시술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치 및 방법에 따르면, 압자툴의 형상에 따라 다양한 형태의 미세패턴이 형성될 수 있으며, 스테이지의 이동속도 및 압자툴의 가압주기에 따라 미세패턴의 길이가 다양하게 조절될 수 있을 뿐만 아니라, 압자툴의 가압주기 또는 스테이지의 이동속도를 시간에 따라 변경 조절함에 따라 불연속적인 미세패턴의 성형이 가능한 장점이 있다.

Claims (7)

1. 시편이 마련되고, 이동가능한 스테이지;

   상기 스테이지 일측에 위치하고, 시편면을 가압 왕복이동하는 압자툴; 및

   상기 스테이지의 이동속도에 관해 설정된 이동속도신호 및 상기 압자툴의 가압왕복이동에 관해 설정된 가압주기 신호와 가압깊이 신호를 이용하여 상기 스테이지 및 상기 압자툴의 구동을 동시 제어하는 제어부를 포함하며,

   상기 압자툴의 가압에 따라 상기 시편면이 변형되어 상기 압자툴의 형상과 대응되는 형상의 미세패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스테이지는,

   상기 제어부의 이동속도신호에 따라 회전이동되며,

   상기 시편은,

   상기 스테이지의 외주면을 감싸도록 고정된 롤 타입인 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부에 설정된 상기 가압주기 신호는,

   시간에 따라 일정 주기를 갖는 일정주기 신호 또는 시간에 따라 가변 주기를 갖는 가변주기 신호이며,

   상기 형성되는 미세패턴의 길이는,

   상기 제어부에 설정된 상기 스테이지의 이동속도신호와 상기 압자툴의 가압주기 신호에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 압자툴은,

   상기 제어부의 가압주기 신호 및 가압깊이 신호를 입력받아 작동되는 PZT(Piezoelectric) 액추에이터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 장치.
5. 스테이지에 시편을 마련하는 시편 마련 단계;

   제어부에 설정된 이동속도신호에 따라 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 구동 단계;

   상기 스테이지 구동이 이루어지는 동안, 상기 제어부에 설정된 가압주기 신호 및 가압깊이 신호에 따라 상기 시편 일측에 위치한 압자툴을 시편면으로 가압 왕복시키는 압자툴 가압 단계; 및

   상기 압자툴의 가압에 따라 상기 시편면이 변형되어 상기 압자툴의 형상과 대응되는 형상의 미세패턴이 형성되는 미세패턴 형성 단계를 포함하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 스테이지는,

   상기 제어부의 이동속도신호에 따라 회전이동되며,

   상기 시편은,

   상기 스테이지의 외주면을 감싸도록 고정된 롤 타입인 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 제어부에 설정된 상기 가압주기 신호는,

   시간에 따라 일정 주기를 갖는 일정주기 신호 또는 시간에 따라 가변 주기를 갖는 가변주기 신호이며,

   상기 형성되는 미세패턴의 길이는,

   상기 제어부에 설정된 상기 스테이지의 이동속도신호와 상기 압자툴의 가압주기 신호에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 압자를 이용한 불연속 미세패턴 성형 방법.

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