KR101323524B1 - 모아레 감소 표면을 갖는 미세복제된 물품 - Google Patents

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Abstract

모아레 감소 특징부를 갖는 미세복제된 물품 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 미세복제된 물품은 제1 및 제2 대향 표면을 갖는 가요성 기판, 상기 제1 표면 상의 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 표면 상의 제2 코팅 미세복제된 패턴을 포함한다. 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 기계 방향 및 횡방향으로 10 마이크로미터 이내로 정합되고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 렌즈 세그먼트를 형성한다. 각각의 렌즈 세그먼트는 복수의 렌즈 요소를 포함하고, 각각은 광학 축을 갖고, 모든 렌즈 요소 광학 축은 서로 평행하고, 제1 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소는 인접 제2 렌즈 세그먼트 내에 렌즈 요소의 광학 축으로부터 오프셋되는 광학 축을 갖는다.
모아레 감소 특징부, 코팅 미세복제된 패턴, 렌즈 세그먼트, 렌즈 요소, 광학 축

Description

모아레 감소 표면을 갖는 미세복제된 물품{MICROREPLICATED ARTICLE WITH MOIRE REDUCING SURFACE}
본 발명은 일반적으로 웨브 상으로의 연속적인 재료 주조에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 모아레 감소(moire reducing) 표면을 갖고 웨브 양측에 주조된 패턴 사이에 고도의 정합(整合: registration)을 갖는 물품의 주조에 관한 것이다.
신문 인쇄에서 복잡한 전자 기기 및 광학 기기의 제조에 이르기까지 여러가지 물품의 제조에 있어서, 기판의 양측에 적어도 일시적으로 액체 형태인 일부 재료를 도포할 필요가 있다. 기판에 도포되는 재료는 소정 패턴으로 도포되는 경우가 많으며, 예를 들어 인쇄의 경우에 잉크는 문자 및 그림의 패턴으로 도포된다. 이러한 경우 기판 양측의 패턴 사이의 정합을 위한 적어도 최소한의 요건이 존재하는 것이 보통이다.
기판이 회로판과 같은 개별 물품일 때, 패턴 도포자는 대개 정합 달성을 보조하기 위해 에지에 의존할 수 있다. 그러나 기판이 웨브이고 정합 유지에 주기적으로 주의를 기울이기 위해 기판의 에지에 의존할 수 없을 때, 문제는 좀더 커진다. 웨브의 경우에도, 정합 요건이 심각하지 않을 때, 예를 들어 완전 정합으로부터의 드리프트(drift)가 100 마이크로미터보다 큰 정도로 허용될 때, 재료 도포를 그 정도로 제어하기 위한 기계적인 수단이 공지되어 있다. 인쇄술은 이러한 기준을 충족할 수 있는 장치들로 충만하다.
그러나, 기판의 양측에 패턴을 갖는 일부 제품에서는, 패턴들 사이에 훨씬 정확한 정합이 요구된다. 이러한 경우, 웨브가 연속 이동 상태에 있지 않으면, 재료를 이러한 기준에 적용시킬 수 있는 장치가 공지되어 있다. 그리고 웨브가 연속 이동 상태에 있으면, 예를 들어 일부 형태의 가요성 회로에서와 같이 패턴화 롤을 패턴화 롤의 일회전당 일회에 완전 정합의 100 마이크로미터 또는 심지어 5 마이크로미터 이내로 리셋하는 것이 허용되면, 인쇄술은 여전히 진행 방법에 대한 가이드라인을 제공한다.
그러나, 예를 들어 휘도 개선 필름과 같은 광학 물품에서는, 기판의 양측에 도포된 광투과성 폴리머 내의 패턴이 공구 회전의 임의 시점에서 정합 이탈이 극소 공차 이하일 것이 요구된다. 이제까지, 종래 기술은 패턴이 100 마이크로미터 이내의 정합 상태로 단속적이 아닌 연속적으로 유지되도록 연속 이동하는 웨브의 양측에 패턴화 표면을 주조하는 방법에 대해 제안한 바 없다.
디스플레이에 필름을 사용하는 것의 한가지 문제는, 컴퓨터 디스플레이와 같은 근접 감상용 디스플레이에 대한 심미적 요건이 대단히 높다는 점이다. 이는 이러한 디스플레이가 장기간 동안 가까이에서 감상되기 때문이며, 따라서 아주 작은 흠결도 육안으로 검출될 수 있어서 보는 사람(viewer)을 화나게 할 수 있다. 이러한 흠결의 제거는 검사 시간과 재료의 양자에 있어서 비용이 들 수 있다.
흠결은 몇가지 상이한 방식으로 확연해진다. 작은 얼룩, 보푸라기, 스크래 치, 함유물 등과 같은 물리적 흠결뿐 아니라 광학 현상인 흠결도 있다. 가장 보편적인 광학 현상은 모아레 무늬이다(Moire fringe). 모아레 무늬는 두 개의 유사한 그리드형(grid-like) 패턴이 포개질 때 형성되는 간섭 패턴이다. 이들은 원래의 것들에는 존재하지 않는 고유의 패턴을 생성한다. 이 생성물은 그리드가 서로에 대해 이동될 때 형상을 변경하는 일련의 무늬 패턴이다.
디스플레이 조립체에서의 흠결 문제를 해결하기 위한 여러가지 방안이 있어왔다. 첫번째 방안은 하나는 종래의 제조 공정에 의해 제조된 허용가능한 디스플레이 조립체의 낮은 수율을 허용하는 것이다. 이는 경쟁 시장에서 명백히 허용될 수 없는 것이다. 두번째 방안은 대단히 깨끗하고 주의깊은 제조 공정을 채택하고 엄격한 품질관리 기준을 부과하는 것이다. 이 방안은 수율을 향상시킬 수 있지만, 청정 설비 및 검사 비용을 커버하기 위해 제조 비용이 증가된다. 흠결을 감소시키기 위한 다른 방안은 디스플레이에 표면 확산기 또는 벌크 확산기와 같은 확산기를 도입하는 것이다. 이러한 확산기는 여러가지 흠결을 감출 수 있으며, 저렴한 추가 비용으로 제조 수율을 증대시킬 수 있다. 그러나, 확산기는 빛을 산란시키며 보는 사람이 인지하는 빛의 축상(on-axis) 휘도를 감소시키며, 따라서 성능을 저하시킨다.
본 발명의 일 태양은 모아레 감소 표면을 갖는 미세복제된 물품에 관한 것이다. 미세복제된 물품은 제1 및 제2 대향 표면을 갖는 가요성 기판과, 상기 제1 표면 상의 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 상기 제2 표면 상의 제2 코팅 미세복제된 패턴을 구비한다. 상기 제1 코팅 미세복제된 패턴과 제2 코팅 미세복제된 패턴은 기계 방향 및 횡방향으로 10 마이크로미터 이내로 정합되고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 렌즈 세그먼트를 형성한다. 각각의 렌즈 세그먼트는 복수의 렌즈 요소를 포함한다. 각각의 렌즈 요소는 광학 축을 갖고, 모든 렌즈 요소 광학 축은 서로에 평행하고, 제1 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소는 인접 제2 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소의 광학 축으로부터 오프셋되는 광학 축을 갖는다.
소정의 실시예에서, 각각의 렌즈 요소는 4개의 직선 측을 갖고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 각각의 렌즈 요소의 4개의 측 각각에 대해 10 마이크로미터 이내로 정합된다. 소정의 실시예에서, 인접 렌즈 세그먼트 렌즈 요소 광학 축은 20 마이크로 미터 이하만큼 서로로부터 오프셋된다. 각각의 렌즈 세그먼트 렌즈 요소 광학 축은 일정한 거리, 랜덤 거리 또는 의사 랜덤 거리(pseudo random distance)만큼 오프셋 될 수 있다.
미세복제된 물품의 제조 방법도 개시되어 있다. 이 방법은 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 웨브 형태의 기판을 제공하는 단계와, 제1 표면 상에 제1 코팅 미세복제된 패턴을 형성하고, 제2 표면 상에 제2 코팅 미세복제된 패턴을 형성하기 위해 상기 기판을 롤대롤 주조(roll to roll casting) 장치로 통과시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 10 마이크로미터 이내로 정합되고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 렌즈 세그먼트를 형성한다. 각각의 렌즈 세그먼트는 복수의 렌즈 요소를 포함한다. 각각의 렌즈 요소는 광학 축을 갖고, 모든 렌즈 요소 광학 축은 서로에 평행하고, 제1 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소는 인접 제2 렌즈 세그먼트 내에 렌즈 요소의 광학 축으로부터 오프셋되는 광학 축을 갖는다.
<정의>
본 명세서의 내용에서, "정합"이란 웨브의 일 표면 상의 구조물이 동일 웨브의 반대 표면 상의 다른 구조물에 대해 정해진 관계로 위치결정됨을 의미한다.
본 명세서의 내용에서, "웨브"란 일 방향으로는 고정된 치수를 갖고 직교 방향으로는 소정의 또는 미정(未定)의 길이 중 하나 또는 어느 것을 갖는 재료의 시트를 의미한다.
본 명세서의 내용에서, "연속 정합"이란 제1 및 제2 패턴화 롤의 회전 내내 롤 상의 구조물 사이의 정합 정도가 특정 한도 이상인 것을 의미한다.
본 명세서의 내용에서, "미세복제된" 또는 "미세복제"란, 구조화된 표면 특징부가 제조 중에 제품 마다의 변동이 약 100 마이크로미터를 넘지않는 개별 특징부 충실성을 유지하는 공정을 통한 미세구조화된 표면의 생성을 의미한다.
첨부하는 여러 도면에서, 유사한 부분은 유사한 도면부호 병기된다.
도1은 예시적인 디스플레이의 개략 단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 미세복제된 필름의 개략 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 예시적인 미세복제된 필름의 상부도이다.
도4는 도3의 예시적인 미세복제된 필름의 4-4선상에서 취한 개략 단면도이 다.
도5는 본 발명에 따른 시스템을 구비하는 시스템의 예시적인 일 실시예의 사시도이다.
도6은 본 발명에 따른 도5의 시스템의 일부의 클로즈업 도시도이다.
도7은 본 발명에 따른 도5의 시스템의 다른 사시도이다.
도8은 본 발명에 따른 주조 장치의 예시적인 일 실시예의 개략도이다.
도9는 본 발명에 따른 도8의 주조 장치의 클로즈업 도시도이다.
도10은 본 발명에 따른 롤 장착 장치의 예시적인 일 실시예의 개략도이다.
도11은 본 발명에 따른 한 쌍의 패턴화 롤에 대한 장착 장치의 예시적인 일 실시예의 개략도이다.
도12는 본 발명에 따른 모터 및 롤 장치의 예시적인 일 실시예의 개략도이다.
도13은 본 발명에 따른 롤 사이 정합 제어 수단의 예시적인 일 실시예의 개략도이다.
도14는 본 발명에 따른 정합 제어 방법 및 장치의 예시적인 일 실시예의 블록도이다.
일반적으로, 본 발명은 미세복제된 패턴화 구조물이 양측에 코팅된 가요성 기판에 관한 것이다. 미세복제된 물품은 고도의 정확도로 상호 정합된다. 양측의 구조물은 필요에 따라 물품에 광학 품질을 제공하도록 상호 협력하는 것이 바람직 하며, 모아레 감소 특징부를 갖는 복수의 렌즈인 것이 보다 바람직하다.
도1은 예시적인 디스플레이(1)의 개략 단면도이다. 도시된 실시예에서, 디스플레이(1)는 광학 필름(14)에 빛을 제공하는 하나 이상의 광원(10a, 10b)을 구비한다. 디스플레이(1)는 필요에 따라 하나 이상의 추가 광학 부품을 구비할 수 있다. 추가 광학 부품에는 예를 들어, 상기 하나 이상의 광원(10a, 10b)과 광학 필름(14) 사이에 배치되는 도광판(12), 및 상기 광학 필름(14)에 인접하여 배치되는 액정 셀(16)이 포함될 수 있다. 액정 셀(16)은 적어도 선택된 렌즈 요소의 광학 축에 평행한 복수의 픽셀 칼럼을 포함한다. 소정의 실시예에서, 적어도 선택된 렌즈 요소는 픽셀 칼럼과 평행하지만 픽셀 칼럼과 정렬되지는 않는다. 픽셀 칼럼에 대해 인접 렌즈 요소를 엇갈려 배치하는 것은 모아레 무늬의 발생을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 필름(14)은 입체 액정 디스플레이에 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 입체 액정 디스플레이는 사사가와(Sasagawa) 등에 의해 2000년 SID 03 다이제스트에 출판된 "입체 LCD용 쌍방향 백라이트(Dual Directional Backlight for Stereoscopic LCD)" 1-3에 기재되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 디스플레이(1)는 우안 광원(10a) 및 좌안 광원(10b)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 광원(10a, 10b)은 120Hz의 필드 레이트(field rate)와 60Hz의 프레임 레이트로 작동하며, 따라서 시차 화상(parallax images)은 각각 우안 광원(10a)이 조사될 때는 우안에 좌안 광원(10b)이 조사될 때는 좌안에 표시되어, 인지된 화상이 3차원으로 보이게 한다.
도2는 본 발명에 따른 예시적인 미세복제된 광학 필름(14)의 개략 단면도이다. 광학 필름(14)은 제1 표면(22) 및 대향하는 제2 표면(24)을 갖는 웨브 기판(20)을 구비한다. 기판(20)의 제1 표면(22)에는 제1 코팅 미세복제된 패턴 또는 구조물(25)이 배치된다. 기판(20)의 제2 표면(24)에는 제2 코팅 미세복제된 패턴 또는 구조물(35)이 배치된다. 도시된 실시예에서, 제1 코팅 미세복제된 패턴 또는 구조물(25)은 복수의 곡면 또는 원통형 렌즈를 포함하고 제2 코팅 미세복제된 패턴 또는 구조물(35)은 복수의 프리즘 렌즈를 포함한다.
광학 필름(14)은 임의의 유용한 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 필름(14)은 50 내지 500 마이크로미터, 또는 75 내지 400 마이크로미터, 또는 100 내지 200 마이크로미터의 높이(T)를 갖는다. 제1 코팅 미세복제된 패턴(25) 및 제2 코팅 미세복제된 패턴(35)은 동일한 반복 피치 또는 주기(P)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 반복 피치 또는 주기(P)는 필요에 따라 25 내지 200 마이크로미터이거나 50 내지 150 마이크로미터일 수 있다. 반복 피치 또는 주기(P)는 복수의 렌즈 요소를 형성할 수 있다. 각각의 렌즈 요소는 제1 접합 지점(26) 및 제2 접합 지점(36)에서 인접 렌즈 요소와 접합될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 접합 지점(26)과 제2 접합 지점(36)은 기판(20)에 인접하고 정합된다. 다른 실시예에서, 제1 접합 지점(26)과 제2 접합 지점(36)은 웨브(20)를 가로질러(z-방향) 상호 인접하지 않을 수도 있는 정의된 기하학적 관계로 정합된다. 기판(20)은 예를 들어 10 내지 150 마이크로미터, 또는 25 내지 125 마이크로미터와 같은 임의의 유용한 두께(Ti)를 가질 수 있다. 제1 미세복제된 패턴(25)은 예를 들어 10 내지 50 마이크로미터와 같은 임의의 두께(T6) 및 5 내지 50 마이크로미터의 특징부 또는 구조물 두께(T3)를 가질 수 있다. 제2 미세복제된 패턴(35)은 예를 들어 25 내지 200 마이크로미터와 같은 임의의 두께(T5) 및 10 내지 150 마이크로미터의 특징부 또는 구조물 두께(T2)를 가질 수 있다. 접합 지점 두께(T4)는 예를 들어 10 내지 200 마이크로미터와 같은 임의의 유용한 정도일 수 있다. 곡면 렌즈는 예를 들어 25 내지 150 마이크로미터 또는 40 내지 70 마이크로미터와 같은 임의의 유용한 반경(R)을 가질 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 대향하는 미세복제된 특징부(25, 35)는 복수의 렌즈 요소를 형성하도록 협력한다. 각 렌즈 요소의 성능은 각 렌즈 요소를 형성하는 대향 특징부(25, 35)의 정렬의 함수이므로, 렌즈 특징부의 정확한 정렬 또는 정합이 바람직하다.
일반적으로, 본 발명의 광학 필름(14)은 x-축(기계 방향 MD")과, 직교하는 y-축(횡방향 또는 크로스 웨브 방향 "TD") 양자 모두로 정합되는 두 측 미세복제된 구조물을 제조하기 위해, 각각의 렌즈 요소의 기판(20)의 평면에 놓이는 것은 약 10 마이크로미터 또는 5 마이크로미터 또는 3 마이크로미터 또는 1 마이크로미터 이상일 수 있는 후술하는 시스템 및 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 시스템은 일반적으로 롤대롤 주조 조립체를 구비하며, 제1 패턴화 조립체 및 제2 패턴화 조립체를 구비한다. 각각의 조립체는 제1 및 제2 표면을 갖는 웨브의 각 표면에 미세복제된 패턴을 생성한다. 웨브의 제1 측면에는 제1 패턴이 생성되고 웨브의 제2 측면에는 제2 패턴이 생성된다. 제1 및/또는 제2 미세복제된 패턴과 더불어 모아레 감소 특징부가 포함될 수 있다. 도3 및 도4에 도시된 모아레 감소 특징부는 광학 축에 평행하지만 오프셋하는 복수의 렌즈 세그먼트를 포함한다.
도3은 본 발명에 따른 예시적인 미세복제된 필름(14)의 상부도이다. 도4는 도3의 예시적인 미세복제된 필름(14)의 4-4선상에서 취한 개략 단면도이다. 도시된 광학 필름(14)은 x축을 따라 서로 인접하여 배열된 4개의 렌즈 요소(31A, 31B, 31C, 31D)를 포함하는 제1 렌즈 세그먼트(31)를 포함하고, 각각은 평행 광학 축(30A)을 갖는다.
제2 렌즈 세그먼트(32)는 제1 렌즈 세그먼트(31)에 인접하여 배치된다. 제2 렌즈 세그먼트(32)는 x축을 따라 서로 인접하여 배열된 4개의 렌즈 요소(32A, 32B, 32C, 32D)를 포함하고, 각각은 평행 광학 축(30B)을 갖는다. 제1 렌즈 세그먼트(31) 렌즈 요소(31A, 31B, 31C, 31D) 광학 축(30B)은 제2 렌즈 세그먼트(32) 렌즈 요소(32A, 32B, 32C, 32D) 광학 축(30B)과 평행하지만 거리(A)만큼 오프셋된다. 제3 렌즈 세그먼트(33)는 제2 렌즈 세그먼트(32)에 인접하여 배치된다. 제3 렌즈 세그먼트(33)는 x축을 따라 서로 인접하여 배열된 4개의 렌즈 요소(33A, 33B, 33C, 33D)를 포함하고, 각각은 평행 광학 축(30C)을 갖는다. 제2 렌즈 세그먼트(32) 렌즈 요소(32A, 32B, 32C, 32D) 광학 축(30B)은 제3 렌즈 세그먼트(33) 렌즈 요소(33A, 33B, 33C, 33D) 광학 축(30C)과 평행하지만 거리(B)만큼 오프셋된다. 거리(A 및 B)는 양의 X축 및/또는 음의 X축 중 하나 또는 양자 모두를 따라 일정 값 또는 랜덤 값 또는 허위 랜덤 값일 수 있다. 소정의 실시예에서, 거리(A 및 B)는 소정값 0.5 내지 50 마이크로미터 또는 1 내지 25 마이크로미터 또는 3 내지 20 마이크로미터 내에 있다.
단지 3개의 렌즈 세그먼트가 도3 및 도4에 도시되었지만, 광학 필름(14)은 임의 갯수의 렌즈 세그먼트를 포함할 수 있음을 이해할 수 있다. 각각의 렌즈 세그먼트의 렌즈 요소는 Y축을 따라 임의의 폭을 가질 수 있다. 소정의 실시예에서, 렌즈 세그먼트 및 렌즈 요소는 Y 축을 따라서 각각의 렌즈 요소의 피치(P, x축을 따름)의 1 내지 100배 또는 3 내지 20배와 같은 길이를 가진다. 소정의 실시예에서, 렌즈 세그먼트 및 렌즈 요소는 y축을 따라서 250 내지 2000 마이크로미터 또는 500 내지 1500 마이크로미터 범위의 길이를 갖는다.
모아레 감소 특징부는 후술하는 롤대롤 주조 장치 및 방법에 의해 형성될 수 있는 규칙적 또는 불규칙적 패턴일 수 있다. 모아레 감소 특징부는 임의의 방법에 의해 후술하는 마스터 롤 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 모아레 감소 특징부는 공지의 다이아몬드 선삭(turning) 기술에 의해 마스터 롤 상에 형성된다.
본원에 기재되는 롤대롤 주조 광학 필름의 제조를 위해 사용되는 공구(롤)용 마스터는 공지의 다이아몬드 선삭 기술에 의해 만들어질 수 있다. 통상적으로, 이 공구는 롤로 알려진 원통형 블랭크를 다이아몬드 선삭함으로써 만들어진다. 롤의 표면은 다른 재료가 사용될 수도 있지만 통상 경동(hard copper)이다. 미세복제 구조물은 롤의 둘레 주위에 연속적인 패턴으로 형성된다. 제조될 구조물이 일정한 피치를 가지면, 공구는 일정 속도로 이동할 것이다. 통상적인 다이아몬드 선삭기는 공구가 롤을 관통하는 깊이, 공구가 롤에 대해 이루는 수평 및 수직 각도, 공구 의 횡단 속도를 독립적으로 제어할 것이다. 본 발명에 따른 모아레 감소 특징부 미세복제된 구조물을 제조하기 위해서는, 다이아몬드 선삭 장치에 신속 공구 서보 액추에이터가 추가될 수 있다.
예시적인 신속 공구 서보 액추에이터가 미국 특허 제6,354,709호에 기재되어 있다. 이 참조문헌은 압전 스택에 의해 지지되는 다이아몬드 공구를 개시하고 있다. 압전 스택이 가변 전기 신호에 의해 자극되면, 이는 다이아몬드 공구를 그것이 케이스로부터 연장되는 거리가 변화하도록 이동시킨다. 압전 스택은 일정한 또는 프로그래밍된 주파수의 신호에 의해 자극될 수 있지만, 일반적으로는 랜덤 또는 의사 랜덤(pseudo random) 주파수를 사용하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용되는 용어 '랜덤'은 의사 랜덤을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 이렇게 제조된 마스터 공구(롤)는 이후 후술하는 롤대롤 주조 및 경화 공정에 사용되어 본 명세서에 기재된 광학 필름을 생산할 수 있다.
전술한 모아레 감소 광학 필름(14)은 웨브의 양면에 정확히 정렬된 미세복제된 구조물을 제조하기 위한 후술될 장치 및 방법을 사용하여 만들어질 수 있다. 일 실시예에서 웨브 또는 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 0.0049인치(0.1245mm) 두께로 만들어진다. 다른 실시예에서는 예를 들어 폴리카보네이트와 같은 다른 웨브 재료가 사용될 수 있다.
웨브의 제1 측면에 경화성 액체를 주조 및 경화함으로써 제1 패턴화 롤 상에 제1 미세복제된 구조물이 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 경화성 액체는 Cincinnati, Ohio 소재의 Cognis Corp.로부터 입수가능한 photomer 6010; Expon, Pennsylvania 소재의 Satomer Co.로부터 둘다 입수가능한 SR385 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트 및 SR238(70/15/15%) 1,6-헥사네디올 디아크릴레이트; Stratford, Connecticut 소재의 Hanford Research Inc.로부터 입수가능한 Camphorquinone; 및 Milwaukee, Wisconsin 소재의 Aldrich Chemical Co.로부터 입수가능한 에틸-4-디메틸아미노 벤조산염(0.75/0.5%)을 포함하는 광경화성 아크릴레이트 수지 용액일 수 있다.
각각의 구조물이 패턴으로 주조된 후, 각각의 패턴은 자외선 광원을 포함하는 경화 광원을 사용하여 경화된다. 이후 제2 패턴화 롤에서 미세복제된 물품을 제거하기 위해 박리(peel) 롤이 사용될 수 있다. 선택적으로, 패턴화 공구로부터 패턴화 구조물의 제거를 보조하기 위해 이형제(release agent) 또는 코팅제가 사용될 수 있다.
전술한 물품을 생성하기 위해 사용되는 예시적인 공정 세팅은 다음과 같다. 약 2.0 lbf(pound force)의 웨브 장력에 의한 주조 장치 내외로의 약 1.0fpm(feet per minute)의 웨브 속도. 웨브를 제2 패턴화 공구로부터 떼어내기 위한 약 5%의 박리 롤 인출비. 약 4.0 lbf의 닙(nip) 압력. 약 0.010인치의 제1 및 제2 패턴화 롤 사이의 갭. 수지는 드로퍼(dropper) 코팅 장치를 사용하여 웨브의 제1 표면에 공급될 수 있고, 수지는 주사기 펌프를 사용하여 약 1.35 ml/min의 속도로 제2 표면에 공급될 수 있다.
제1 미세복제된 구조물의 경화는 모든 부품이 순차 장착된 상태에서 최대 출력의 Oriel 200-500 W Mercury Arc Lamp 및 최대 출력의 Fostec DCR II에 의해 달 성될 수 있다. 제2 미세복제된 구조물의 경화는 모든 부품이 순차 장착된 상태에서 최대 출력의 Spectral Energy UV 광원, Fostec DCR II, 및 RSLI Inc. Light Pump 150 MHS에 의해 달성될 수 있다.
제1 패턴화 롤은 원통형 렌즈를 형성하기 위한 75 마이크로미터 피치의 일련의 음화(negative images)를 구비할 수 있다. 제2 패턴화 롤은 복수의 대칭 프리즘을 형성하기 위한 75 마이크로미터 피치의 일련의 음화를 구비할 수 있다.
각각의 패턴화 조립체는 코팅을 적용하기 위한 수단, 패턴화 부재, 및 경화 부재를 구비한다. 통상적으로, 패턴화 조립체는 패턴화 롤, 및 각각의 롤을 유지 및 구동하기 위한 지지 구조물을 구비한다. 제1 패턴화 조립체의 코팅 수단은 웨브의 제1 표면 상에 제1 경화성 코팅 재료를 분배한다. 제2 패턴화 조립체의 코팅 수단은 웨브의 제2 표면 상에 제2 경화성 코팅 재료를 분배하며, 제2 표면은 제1 표면과 대향한다. 통상적으로, 제1 및 제2 코팅 재료는 동일한 조성이다.
제1 코팅 재료가 웨브 상에 배치된 후, 웨브가 제1 패턴화 부재를 지나가며, 제1 코팅 재료에 패턴이 생성된다. 제1 코팅 재료는 이후 경화 또는 냉각되어 제1 패턴을 형성한다. 이어서, 제2 코팅 재료가 웨브 상에 배치된 후, 웨브가 제2 패턴화 부재를 지나가며, 제2 코팅 재료에 패턴이 생성된다. 제2 코팅 재료는 이후 경화되어 제2 패턴을 형성한다. 통상적으로, 각각의 패턴화 부재는 미세복제된 공구이며, 각각의 공구는 통상 재료를 경화시키기 위한 전용 경화 부재를 갖는다. 그러나, 제1 및 제2 패턴화 재료를 둘다 경화시키는 단일 경화 부재를 구비할 수 있다. 또한, 패턴화 공구 상에 코팅을 설치할 수도 있다.
상기 시스템은 또한 웨브가 연속 이동하는 동안 웨브의 양면으로 그 패턴이 전사되도록 제1 및 제2 패턴화 롤을 회전시키기 위한 회전 수단을 구비하며, 상기 패턴은 웨브의 양면에서 약 10 마이크로미터 이상으로 연속 정합 상태로 유지된다.
본 발명의 장점은, 대향하는 양면 상의 미세복제된 구조물을 대체로 상호 10 마이크로미터 이내, 또는 5 마이크로미터 이내, 또는 3 마이크로미터 이내, 또는 1 마이크로미터 이내로 정합된 상태를 유지하면서 연속 형성된 웨브의 각 측면에 미세복제된 구조물을 구비함으로써 그 양면의 각각에 미세복제된 구조물을 갖는 웨브가 제작될 수 있다는 점이다.
이제 도5 및 도6을 참조하면, 롤대롤 주조 장치(120)를 구비하는 시스템(110)의 예시적인 일 실시예가 도시되어 있다. 도시된 주조 장치(120)에서, 주조 장치(120)에는 메인 풀림 스풀(unwind spool)(도시되지 않음)로부터 웨브(122)가 제공된다. 웨브(122)의 정확한 속성은 제조되는 제품에 따라서 폭넓게 변화될 수 있다. 그러나, 주조 장치(120)가 광학 물품의 제작을 위해 사용될 때는, 웨브(122)를 통한 경화가 가능하도록 웨브(122)가 반투명하거나 투명한 것이 대개 편리하다. 웨브(122)는 다양한 롤러(126) 주위로 주조 장치(120)를 향한다.
웨브(122)의 정확한 장력 제어는 최적의 결과를 달성하는데 있어서 이로우며, 따라서 웨브(122)는 장력 감지 장치(도시되지 않음) 위를 향할 수 있다. 웨브(122)를 보호하기 위해 라이너 웨브를 사용하는 것이 바람직한 상황에서, 라이너 웨브는 통상 풀림 스풀에서 분리되며, 라이너 웨브 권선 스풀(도시되지 않음) 상으로 향한다. 웨브(122)는 정밀 장력 제어를 위해 아이들러 롤을 거쳐서 댄서 롤러 로 향할 수 있다. 아이들러 롤러는 웨브(122)를 닙 롤러(154)와 제1 코팅 헤드(156) 사이의 위치로 향하게 할 수 있다.
다양한 코팅 방법이 채택될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 코팅 헤드(156)는 다이 코팅 헤드이다. 웨브(122)는 이후 닙 롤(154)과 제1 패턴화 롤(160) 사이를 통과한다. 제1 패턴화 롤(160)은 패턴화 표면(162)을 가지며, 웨브(122)가 닙 롤러(154)와 제1 패턴화 롤(160) 사이를 통과할 때, 제1 코팅 헤드(156)에 의해 웨브(122) 상에 분산된 재료는 패턴화 표면(162)의 음화로 성형된다.
웨브(122)가 제1 패턴화 롤(160)과 접촉하고 있는 동안, 재료가 제2 코팅 헤드(164)로부터 웨브(122)의 다른 표면 상으로 분산된다. 제1 코팅 헤드(156)에 대한 전술한 논의와 병행하여, 제2 코팅 헤드(164) 역시 제2 압출기(도시되지 않음)와 제2 코팅 다이(도시되지 않음)를 구비하는 다이 코팅 장치이다. 일부 실시예에서, 제1 코팅 헤드(156)에 의해 분산되는 재료는 폴리머 전구체를 구비하는 조성물이며, 예를 들어 자외선과 같은 경화 에너지의 적용에 의해 고체상 폴리머로 경화되도록 의도된다.
제2 코팅 헤드(164)에 의해 웨브(122) 상에 분산된 재료는 이후 제2 패턴화 표면(176)을 갖는 제2 패턴화 롤(174)과 접촉하게 된다. 전술한 논의와 병행하여, 일부 실시예에서, 제2 코팅 헤드(164)에 의해 분산되는 재료는 폴리머 전구체를 구비하는 조성물이며, 예를 들어 자외선과 같은 경화 에너지의 적용에 의해 고체상 폴리머로 경화되도록 의도된다.
이 시점에서, 웨브(122)는 양면에 패턴이 도포되어 있다. 제2 패턴화 롤(174)로부터 웨브(122)의 제거를 보조하기 위해 박리 롤(182)이 제공될 수도 있다. 일부 예에서, 롤대롤 주조 장치 내외로의 웨브 장력은 거의 일정하다.
양면 미세복제된 패턴을 갖는 웨브(122)는 이후 다양한 아이들러 롤러를 거쳐서 권선 스풀(도시되지 않음)로 향한다. 웨브(122)를 보호하기 위해 인터리브(interleave) 필름이 요구될 경우, 이는 이차 풀림 스풀(도시되지 않음)로부터 제공될 수 있으며, 웨브와 인터리브는 적절한 장력으로 권선 스풀에 함께 감긴다.
도5 내지 도7을 참조하면, 제1 및 제2 패턴화 롤은 각각 제1 및 제2 모터 조립체(210, 220)에 결합된다. 모터 조립체(210, 220)에 대한 지지는 조립체를 프레임(230)에 직접 또는 간접적으로 장착함으로써 달성된다. 모터 조립체(210, 220)는 정밀 장착 장치를 사용하여 프레임에 결합된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 제1 모터 조립체(210)는 프레임(230)에 고정 장착된다. 웨브(122)가 주조 장치(120)를 통해서 나사결합될 때 적소에 배치되는 제2 모터 조립체(220)는 반복해서 배치될 필요가 있을 수 있으며, 따라서 가로 방향(cross direction) 및 기계 방향(machine direction: 이동 방향)의 양 방향으로 이동가능하다. 가동 모터 장치(220)는 예를 들어 롤 상의 패턴 사이를 전환할 때 반복되는 정확한 위치결정을 보조하기 위해 선형 슬라이드(222)에 결합될 수도 있다. 제2 모터 장치(220) 역시 제1 패턴화 롤(160)에 대해 제2 패턴화 롤(174)을 나란히 위치시키기 위해 프레임(230)의 뒤쪽에 제2 장착 장치(225)를 구비한다. 일부 경우에, 제2 장착 장치(225)는 가로 방향 및 기계 방향으로의 정확한 위치결정을 가능하게 하는 선형 슬라이드(223)를 구비한다.
도8을 참조하면, 대향 표면 상에 정합된 미세복제된 구조물을 갖는 양면 웨브(422)를 제조하기 위한 주조 장치(420)의 예시적인 일 실시예가 도시되어 있다. 조립체는 제1 및 제2 코팅 수단(456, 464), 닙 롤러(454), 제1 및 제2 패턴화 롤(460, 474)을 구비한다. 본 예에서 제1 압출 다이(456)인 제1 코팅 수단(456)에 웨브(422)가 제공된다. 제1 다이(456)는 웨브(422) 상에 제1 경화성 액체 층 코팅(470)을 분산한다. 제1 코팅(470)은 통상 고무 피복 롤러인 닙 롤러(454)에 의해 제1 패턴화 롤러(460)에 가압된다. 제1 패턴화 롤(460) 상에 있는 동안, 코팅은 예를 들어 자외선 광원과 같은 적절한 파장 광의 예를 들어 램프와 같은 경화 소스(480)를 사용하여 경화된다.
웨브(422)의 반대 측면에는 제2 측면 압출 다이(464)를 사용하여 제2 경화성 액체 층(481)이 코팅된다. 제2 층(481)은 제2 패턴화 공구 롤러(474)로 가압되고, 제2 코팅 층(481)에 대해 경화 공정이 반복된다. 두 코팅 패턴의 정합은 후술하듯이 공구 롤러(460, 474)를 상호 정확한 각도 관계로 유지함으로써 달성된다.
도9를 참조하면, 제1 및 제2 패턴화 롤(560, 574)의 일부가 클로즈업 도시되어 있다. 제1 패턴화 롤(560)은 미세복제된 표면을 형성하기 위한 제1 패턴(562)을 갖는다. 제2 패턴화 롤(574)은 제2 미세복제된 패턴(576)을 갖는다. 도시된 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 패턴(562, 576)은 동일한 패턴이지만, 상이할 수도 있다. 도시된 실시예에서, 제1 패턴(562)과 제2 패턴(576)은 프리즘 구조물로서 도시되어 있지만, 임의의 단일 또는 다중 유용한 구조물이 제1 패턴(562)과 제2 패턴(576)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서는, 제1 패턴(562)이 원통형 렌즈 구조물일 수 있고 제2 패턴(576)이 프리즘 렌즈 구조물일 수 있거나, 그 반대일 수도 있다.
웨브(522)가 제1 롤(560)을 지남에 따라, 제1 표면(524) 상의 제1 경화성 액체(도시되지 않음)는 제1 패턴화 롤(560) 상의 제1 영역(526) 근처의 경화 광원(525)에 의해 경화된다. 액체가 경화됨에 따라 웨브(522)의 제1 측면(524) 상에는 제1 미세복제된 패턴화 구조물(590)이 형성된다. 상기 제1 패턴화 구조물(590)은 제1 패턴화 롤(560) 상의 패턴(562)의 음화이다. 제1 패턴화 구조물(590)이 형성된 후, 웨브(522)의 제2 표면(527)에는 제2 경화성 액체(581)가 분산된다. 제2 액체(581)가 조기에 경화되지 않도록 보장하기 위해, 제2 액체(581)는 제1 경화 광(525)을 제2 액체(581)에 떨어지지 않도록 설치함으로써 제1 경화 광(525)으로부터 격리될 수 있다. 대안적으로, 제1 경화 광(525)과 제2 액체(581) 사이에 차단(shielding) 수단(592)이 배치될 수 있다. 또한, 웨브를 통한 경화가 비실용적이거나 어려울 경우 경화 소스는 그 각각의 패턴화 롤 내부에 설치될 수 있다.
제1 패턴화 구조물(590)이 형성된 후, 웨브(522)는 제1 및 제2 패턴화 롤(560, 574) 사이의 갭 영역(575)에 진입할 때까지 계속 제1 롤(560)을 따른다. 이후 제2 액체(581)가 제2 패턴화 롤 상의 제2 패턴(576)과 결합하여 제2 미세복제된 구조물로 성형되고, 이는 이후 제2 경화 광(535)에 의해 경화된다. 웨브(522)가 제1 및 제2 패턴화 롤(560, 574) 사이의 갭을 지남에 따라, 이 때까지 실질적으로 경화되어 있고 웨브(522)에 접합된 제1 패턴화 구조물(590)은 웨브(522)가 제2 패턴화 롤(574) 주위의 갭(575)으로 이동하기 시작하는 동안 웨브(522)가 슬립되는 것을 방지한다. 이는 웨브에 형성되는 제1 및 제2 패턴화 구조물 사이의 정합 오차 원인이 되는 웨브 연신 및 슬립을 제거한다.
제2 액체(581)가 제2 패턴화 롤(574)과 접촉하는 동안 웨브(522)를 제1 패턴화 롤(560) 상에 지지시킴으로써, 웨브(522)의 대향 측면(524, 527)에 형성된 제1 및 제2 미세복제된 구조물(590, 593) 사이의 정합도는 제1 및 제2 패턴화 롤(560, 574)의 표면간의 위치 관계의 제어 함수가 된다. 제1 및 제2 패턴화 롤(560, 574) 주위 및 롤에 의해 형성된 갭(575) 사이에서의 웨브의 S-랩(wrap)은 장력, 웨브 스트레인 변화, 온도, 웨브의 니핑 역학에 의해 초래되는 미세슬립, 및 측방 위치 제어의 효과를 최소화한다. 통상적으로, S-랩은 웨브(522)를 각각의 롤과 180도의 랩 각도에 걸쳐서 접촉 유지시키지만, 랩 각도는 특정 요건에 따라서 보다 크거나 작을 수 있다.
웨브의 양면에 형성된 패턴 간의 정합도를 증가시키기 위해서는, 각 롤의 평균 직경 근처에서 저주파 피치 변경을 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로, 패턴화 롤은 요구되는 바는 아니지만 동일한 평균 직경을 갖는다. 임의의 특정 용도에 적절한 롤을 선택하는 것은 당업자의 스킬 및 지식의 범위 내에 있다.
도10을 참조하면, 모터 장착 장치가 도시되어 있다. 공구 또는 패턴화 롤(662)을 구동하기 위한 모터(633)가 기계 프레임(650)에 장착되며, 커플링(640)을 통해서 패턴화 롤(662)의 회전 샤프트(601)에 연결된다. 모터(633)는 일차(primary) 인코더(630)에 결합된다. 패턴화 롤(662)의 정밀한 각도 정합 제어를 제공하기 위해 공구에 이차(secondary) 인코더(651)가 결합된다. 일차 및 이차 인코더(630, 651)는 협력하여 후술하듯이 패턴화 롤(662)을 제2 패턴화 롤과 정합 유지되도록 제어한다.
샤프트 공진의 감소 또는 제거는 이것이 패턴 위치 제어를 특정 한도 내에서 가능하게 하는 정합 에러의 원인이기 때문에 중요하다. 모터(633)와 샤프트(650) 사이에 일반적인 사이징 스케줄보다 큰 커플링(640)을 사용하는 것 또한 보다 유연한 커플링에 의해 초래되는 샤프트 공진을 감소시킬 것이다. 베어링 조립체(660)는 모터 장치에 대한 회전 지지를 제공하기 위해 다양한 위치에 설치된다.
도시된 예시적인 실시예에서, 공구 롤러(662) 직경은 그 모터(633) 직경보다 작을 수 있다. 이 장치를 수용하기 위해서, 공구 롤러는 거울 상으로 배열된 쌍으로 설치될 수 있다. 도11에서는, 두 개의 공구 롤러 조립체(610, 710)가 두 개의 공구 롤러(662, 762)를 함께 이동시킬 수 있도록 거울 상으로 설치되어 있다. 도3도 참조하면, 제1 모터 장치는 통상 프레임에 고정 부착되고, 제2 모터 장치는 가동 광학 품질 선형 슬라이드를 사용하여 배치된다.
공구 롤러 조립체(710)는 공구 롤러 조립체(610)와 상당히 유사하며, 공구 또는 패턴화 롤(762)을 구동하기 위한 모터(733)를 구비하며, 상기 모터는 기계 프레임(750)에 장착되고 커플링(740)을 통해서 패턴화 롤러(762)의 회전 샤프트(701)에 연결된다. 모터(733)는 일차 인코더(730)에 결합된다. 패턴화 롤(762)의 정밀한 각도 정합 제어를 제공하기 위해 공구에 이차 인코더(751)가 결합된다. 일차 및 이차 인코더(730, 751)는 협력하여 후술하듯이 패턴화 롤(762)을 제2 패턴화 롤 과 정합 유지되도록 제어한다.
샤프트 공진의 감소 또는 제거는 이것이 패턴 위치 제어를 특정 한도 내에서 가능하게 하는 정합 에러의 원인이기 때문에 중요하다. 모터(733)와 샤프트(750) 사이에 일반적인 사이징 스케줄보다 큰 커플링(740)을 사용하는 것 또한 보다 유연한 커플링에 의해 초래되는 샤프트 공진을 감소시킬 것이다. 베어링 조립체(760)는 모터 장치에 대한 회전 지지를 제공하기 위해 다양한 위치에 설치된다.
웨브의 양면 상의 미세복제된 구조물 상의 특징부 크기가 서로의 미세 정합 이내일 것이 요망되기 때문에, 패턴화 롤은 고정확도로 제어되어야 한다. 본 명세서에 기재되는 한도 내의 가로-방향 웨브 정합은 후술되는 기계-방향 정합의 제어에 사용되는 기술을 적용함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 10-인치 원주 패턴화 롤러 상에서 약 10 마이크로미터의 단부대 단부 특징부 배치를 달성하려면, 각각의 롤러는 일회전당 ±32아크세컨드(arc-second)의 회전 정확도 이내로 유지되어야 한다. 정합의 제어는 웨브가 시스템을 통과하는 속도가 증가할수록 더욱 어려워진다.
본 출원인은 2.5 마이크로미터 이내로 정합되는 패턴화 특징부를 그 양면에 구비하는 웨브를 생성할 수 있는 10-인치 원형 패턴화 롤을 갖는 시스템을 제작 시연하였다. 본 명세서를 읽어보고 그 안에 교시된 원리를 적용해보면, 당업자는 다른 미세복제된 표면에 대해 정합 정도를 달성하는 방법을 알게 될 것이다.
도12를 참조하면, 모터 장치(800)의 개략도가 도시되어 있다. 모터 장치(800)는 일차 인코더(830) 및 구동 샤프트(820)를 구비하는 모터(810)를 구비한 다. 구동 샤프트(820)는 커플링(825)을 통해서 패턴화 롤(860)의 종동 샤프트(840)에 결합된다. 종동 샤프트(840)에는 이차 또는 로드(load) 인코더(850)가 결합된다. 전술한 모터 장치에서 두 개의 인코더를 사용함은 측정 장치(인코더)(850)를 패턴화 롤(860) 근처에 위치시킴으로써 패턴화 롤의 위치를 보다 정확히 측정할 수 있으며, 따라서 모터 장치(800)가 작동할 때 토크 외란의 효과를 감소 또는 제거할 수 있다.
도13을 참조하면, 모터 장치(800)도가 제어 부품에 부착된 상태로 도시되어 있다. 도5 내지 도7에 도시된 예시 장치에서는, 유사한 셋업이 각각의 모터 장치(210, 220)를 제어할 것이다. 따라서, 모터 장치(900)는 일차 인코더(930) 및 구동 샤프트(920)를 구비하는 모터(910)를 구비한다. 구동 샤프트(920)는 커플링(930)을 통해서 패턴화 롤(960)의 종동 샤프트(940)에 결합된다. 종동 샤프트(940)에는 이차 또는 로드 인코더(950)가 결합된다.
모터 장치(900)는 패턴화 롤(960)의 정밀한 제어가 가능하도록 제어 장치(965)와 연통한다. 제어 장치(965)는 구동 모듈(966) 및 프로그램 모듈(975)을 구비한다. 프로그램 모듈(975)은 예를 들어 SERCOS 섬유 네트워크와 같은 라인(977)을 거쳐서 구동 모듈(966)과 연통한다. 프로그램 모듈(975)은 세트 포인트와 같은 파라미터를 구동 모듈(966)에 입력하기 위해 사용된다. 구동 모듈(966)은 입력 480볼트, 3상 전력(915)을 수용하고, 이를 전력 접속부(973)를 거쳐서 분배하여 모터(910)를 제어한다. 모터 인코더(912)는 위치 신호를 제어 모듈(966)에 공급한다. 패턴화 롤(960) 상의 이차 인코더(950) 역시 위치 신호를 라인(971)을 거 쳐서 구동 모듈(966)로 되돌린다. 구동 모듈(966)은 인코더 신호를 사용하여 패턴화 롤(960)을 정확히 위치시킨다. 정합도를 달성하기 위한 제어 설계에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.
도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 패턴화 롤은 전용 제어 장치에 의해 제어된다. 전용 제어 장치들은 제1 및 제2 패턴화 롤 사이의 정합을 제어하도록 협력한다. 각각의 구동 모듈은 그 각각의 모터 조립체와 연통하여 이를 제어한다.
출원인에 의해 제작 시연된 시스템의 제어 장치는 다음을 포함한다. 각각의 패턴화 롤을 구동하기 위해, 고분해능 사인 인코더 피드백(512 사인 사이클 x 4096 구동 보간 》2백만 ppr(parts per revolution))을 갖는 고성능 낮은 코깅(cogging) 토크 모터인, Bosch-Rexroth (Indramat)로부터 입수가능한 모델 MHD090B-035-NGO-UN을 사용하였다. 또한 상기 시스템은 Bosch-Rexroth (Indramat)로부터 입수가능한 모델 MHD090B-035-NG0-UN의 동기 모터를 구비했지만, 유도 모터와 같은 다른 형태도 사용될 수 있다.
각각의 모터는 R/W Corporation으로부터 입수가능한 모델 BK5-300과 같은 극히 강인한 벨로우즈 커플링을 통해서 (기어박스나 기계적 감속 없이) 직접 결합되었다. 다른 커플링 설계가 사용될 수 있지만, 벨로우즈 스타일은 일반적으로 높은 회전 정확도를 제공하면서 강성을 조합한다. 각각의 커플링은 통상의 제작자 사양이 추천하는 것보다 실질적으로 큰 커플링이 선택되도록 치수형성되었다.
또한, 커플링과 샤프트 사이에는 제로 백래시 콜렉트 또는 압축 스타일 로킹 허브가 바람직하다. 각각의 롤러 샤프트는 Schaumburg, IL 소재의 Heidenhain Corp.로부터 입수가능한 모델 RON255C의 중공 샤프트 로드측 인코더를 통해서 인코더에 부착되었다. 인코더 선택은 통상 32 아크세컨드 정확도보다 큰, 가능한 최고의 정확도 및 분해능을 가져야 한다. 출원인의 설계, 일회전당 18000 사인 사이클이 채택되었는 바, 이는 4096 비트 분해능 구동 보간(interpolation)과 더불어, 50밀리언 ppr을 초과하는 분해능으로 귀결되어 정확도보다 현저히 큰 분해능을 제공한다. 로드측 인코더는 +/- 2아크세컨드의 정확도를 가졌으며, 송출된 유닛에서의 최대 편차는 +/- 1아크세컨드 미만이었다.
일부 예에서, 각각의 샤프트는 강성을 최대화하기 위해 가능한 한 큰 직경이고 가능한 한 짧게 설계될 수 있으며, 그 결과 가능한 최고의 공진 주파수가 얻어진다. 이러한 정합 에러 원인에 기인한 정합 에러의 최소화를 보장하기 위해서는 모든 회전 부품의 정밀한 정렬이 요망된다.
도14를 참조하면, 출원인의 시스템에서는 동일한 위치 참조 명령이 SERCOS 섬유 네트워크를 통해서 2ms 업데이트 속도로 각각의 축에 동시에 제공되었다. 각각의 축은 위치 기준을 입방 스플라인에 의해 250 마이크로초 간격의 위치 루프 업데이트 속도로 보간한다. 일정 속도가 단순한 시간 간격 경로로 귀결되므로 보간 방법은 중요치 않다. 분해능은 임의의 반올림 또는 수치 표시 에러를 없애기 위해 중요하다. 축 전도(rollover) 역시 해결되어야 한다. 일부 경우에, 각각의 축의 제어 사이클은 전류 루프 실행 속도(62마이크로초 간격)로 동기화된다.
상위(top) 경로(1151)는 제어의 전송(前送: feed forward) 섹션이다. 제어 전략은 위치 루프(1110), 속도 루프(1120), 및 전류 루프(1130)를 구비한다. 위치 기준(1111)은 속도 전송 항목(1152) 생성을 위해 한번 그리고 가속도 전송 항목(1155) 생성을 위해 두번 미분된다. 상기 전송 경로(1151)는 라인 속도 변화 및 동적 보정 중의 성능을 보조한다.
위치 명령(1111)은 현재 위치(1114)로부터 공제되며, 에러 신호(1116)를 발생한다. 에러(1116)는 비례 제어기(1115)에 적용되어, 속도 명령 기준(1117)을 발생한다. 속도 피드백(1167)은 명령(1117)에서 공제되어 속도 에러 신호(1123)를 발생하며, 이 속도 에러 신호는 이후 PID 제어기에 적용된다. 속도 피드백(1167)은 모터 인코더 위치 신호(1126)의 미분에 의해 발생된다. 미분 및 수치 분해능 한계로 인해, 에러 신호(1123)로부터 고주파 노이즈 성분을 제거하기 위해 로우 패스 버터워스(Butterworth) 필터(1124)가 적용된다. 모터-롤러 공진 주파수의 중심에는 좁은 정지 대역(노치) 필터(1129)가 적용된다. 이는 속도 제어기(1120)에 실질적으로 더 높은 게인이 적용될 수 있게 한다. 모터 인코더의 증대된 분해능 또한 성능을 향상시킬 것이다. 제어 선도에서의 필터의 정확한 위치는 중요하지 않으며, 튜닝 파라미터가 장소에 종속되지만 전진 또는 후진 경로가 허용될 수 있다.
위치 루프에는 PID 제어기도 사용될 수 있지만, 적분기의 추가 위상 지연은 안정화가 더욱 어렵게 만든다. 전류 루프는 전통적인 PI 제어기이며, 게인은 모터 파라미터에 의해 성립된다. 가능한 최고 대역폭 전류 루프는 최적의 성능이 가능하게 할 것이다. 또한, 최소 토크 리플(ripple)이 요망된다.
외란의 최소화는 최대 정합 달성을 위해 중요하다. 이는 전술한 모터 구조 및 전류 루프 정류를 포함하지만, 기계적 외란의 최소화도 중요하다. 예로는 웨브 스팬에의 출입시의 극히 원활한 장력 제어, 균일한 베어링 및 시일 드래그, 롤러에서 박리되는 웨브로부터의 장력 동요 최소화, 균일한 고무 닙 롤러가 포함된다. 현재 설계에서는, 공구 롤에 기어연결된 제3 축이 견인 롤로서 제공되어 공구로부터의 경화 구조물 제거를 보조한다.
웨브 재료는 미세복제된 패턴화 구조물이 생성될 수 있는 임의의 적합한 재료일 수 있다. 웨브 재료의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 또는 폴리카보네이트이다. 웨브는 또한 다층일 수 있다. 액체가 통상 패턴화 구조물이 생성되는 쪽과 반대쪽에서 경화 소스에 의해 경화되므로, 웨브 재료는 사용되는 경화 소스에 대해 적어도 부분적으로 투명해야 한다. 경화 에너지 소스의 예는 적외선, 자외선, 가시광선, 마이크로파 또는 전자빔이다. 당업자라면 다른 경화 소스가 사용될 수 있고 특정 웨브 재료/경화 소스 조합의 선택이 생성될 특정 물품(정합되는 미세복제된 구조물을 구비)에 따라 달라질 것을 알 것이다.
웨브를 통한 액체 경화의 대안은 예를 들어 에폭시와 같은 2부분(two part) 반응 경화를 사용하는 것일 것이며, 이는 예를 들어 금속 웨브와 같은 경화하기 어려운 웨브 또는 금속층을 갖는 웨브에 유용할 것이다. 경화는 여러 성분을 나란히 혼합하거나 촉매를 패턴화 롤의 일부에 분사함으로써 달성될 수 있으며, 이는 코팅과 촉매가 접촉될 때 미세복제된 구조물을 형성하기 위해 액체를 경화시킬 것이다.
미세복제된 구조물을 생성하는 액체는 자외선에 의해 경화될 수 있는 아크릴레이트와 같은 경화성 광중합 재료일 수 있다. 당업자라면 다른 코팅 재료가 사용될 수 있으며 재료 선택은 미세복제된 구조물에 요구되는 특정한 특징에 종속될 것 임을 알 것이다. 마찬가지로, 채택되는 특정 경화 방법은 당업자의 스킬과 지식의 범위 내에 있다. 경화 방법의 예는 반응 경화, 열 경화 또는 방사선 경화이다.
웨브에 액체를 송출 및 제어하는데 유용한 코팅 수단의 예로는 주사기 또는 연동 펌프와 같은 임의의 적합한 펌프와 결합되는 예를 들어 다이 또는 나이프 코팅이 있다. 당업자라면 다른 코팅 수단이 사용될 수 있고 특정 수단의 선택은 웨브로 송출되는 액체의 특정한 특징에 종속될 것임을 알 것이다.
본 발명의 범위 및 정신 내에서 본 발명의 다양한 수정예 및 변형예가 있을 수 있음이 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예에 한정되지 않음을 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 가요성 기판과,
    제1 표면 상에 제1 코팅 미세복제된 패턴과,
    제2 표면 상에 제2 코팅 미세복제된 패턴을 포함하고,
    제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 기계 방향 및 횡방향으로 10 마이크로미터 이내로 정합되고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 렌즈 세그먼트를 형성하고, 각각의 렌즈 세그먼트는 복수의 렌즈 요소를 포함하고, 각각의 렌즈 요소는 광학 축을 갖고, 모든 렌즈 요소 광학 축은 서로 평행하고, 제1 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소가 갖는 광학 축은 그 광학 축에 수직인 방향으로 상기 제1 렌즈 세그먼트 내의 각 렌즈 요소의 크기보다 작은 거리만큼 인접한 제2 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소의 광학 축으로부터 오프셋되는 미세복제된 물품.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 렌즈 요소는 기계 방향에 평행한 두 측과 횡방향에 평행한 두 측을 갖고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 각각의 렌즈 요소의 기계 방향에 평행한 두 측과 각각의 렌즈 요소의 횡방향에 평행한 두 측 상에 5 마이크로미터 이내로 정합되는 미세복제된 물품.
  3. 제1항에 있어서, 제1 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 프리즘을 포함하고, 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 원통형 렌즈를 포함하는 미세복제된 물품.
  4. 제3항에 있어서, 미세복제된 물품은 75 내지 400 마이크로미터 범위의 전체 높이를 갖고; 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 50 내지 150 마이크로미터 범위의 반복 주기를 갖고; 인접한 렌즈 세그먼트 렌즈 요소 광학 축은 20 마이크로미터 이하만큼 서로로부터 오프셋되고; 각각의 렌즈 세그먼트는 250 내지 2000 마이크로미터 범위의 길이를 갖고; 인접한 렌즈 세그먼트 렌즈 요소 광학 축은 소정의 거리 범위로부터 선택된 랜덤 거리만큼 서로로부터 오프셋되고; 인접한 렌즈 세그먼트 렌즈 요소 광학 축은 일정한 거리만큼 서로로부터 오프셋되는 미세복제된 물품.
  5. 복수의 미세복제된 렌즈 특징부를 포함하는 미세복제된 물품의 제조 방법이며,
    대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 웨브 형태의 기판을 제공하는 단계와,
    롤대롤 캐스팅 장치로 기판을 통과시켜 제1 표면 상에 제1 코팅 미세복제된 패턴을 형성하고 제2 표면 상에 제2 코팅 미세복제된 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 기계 방향 및 횡방향으로 10 마이크로미터 이내로 정합되고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 렌즈 세그먼트를 형성하고, 각각의 렌즈 세그먼트는 복수의 렌즈 요소를 포함하고, 각각의 렌즈 요소는 광학 축을 갖고, 모든 렌즈 요소 광학 축은 서로 평행하고, 제1 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소는 인접한 제2 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소의 광학 축으로부터 오프셋되는 광학 축을 갖고, 상기 미세복제된 물품은 50에서 400 마이크로미터의 높이를 갖는 미세복제된 물품 제조 방법.
  6. 광학 디스플레이이며,
    광원과;
    대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 가요성 기판과, 제1 표면 상에 제1 코팅 미세복제된 패턴과, 제2 표면 상에 제2 코팅 미세복제된 패턴을 포함하고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 기계 방향 및 횡방향으로 10 마이크로미터 이내로 정합되고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 렌즈 세그먼트를 형성하고, 각각의 렌즈 세그먼트는 복수의 렌즈 요소를 포함하고, 각각의 렌즈 요소는 광학 축을 갖고, 모든 렌즈 요소 광학 축은 서로 평행하고, 제1 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소가 갖는 광학 축은 그 광학 축에 수직인 방향으로 상기 제1 렌즈 세그먼트 내의 각 렌즈 요소의 크기보다 작은 거리만큼 인접한 제2 렌즈 세그먼트 내의 렌즈 요소의 광학 축으로부터 오프셋되는 광학 필름과;
    광학 필름에 대향하는 표면을 갖는 광학 부품을 포함하고,
    광원으로부터의 광이 광학 필름 및 광학 부품을 통과하는 광학 디스플레이.
  7. 제6항에 있어서, 광학 부품은 광학 필름으로부터의 광을 수광하도록 배치되는 액정 디스플레이 셀을 포함하며, 액정 디스플레이 셀은 각각의 렌즈 요소 광학 축과 평행한 복수의 픽셀 칼럼을 포함하는 광학 디스플레이.
  8. 제6항에 있어서, 각각의 렌즈 요소는 기계 방향으로 평행한 두 측과 횡방향으로 평행한 두 측을 갖고, 제1 코팅 미세복제된 패턴 및 제2 코팅 미세복제된 패턴은 각각의 렌즈 요소의 기계 방향에 평행한 두 측과, 각각의 렌즈 요소의 횡방향에 평행한 두 측 상에 5 마이크로미터 이내로 정합되며; 제1 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 프리즘을 포함하고, 제2 코팅 미세복제된 패턴은 복수의 원통형 렌즈를 포함하는 광학 디스플레이.
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