KR20080048051A - 기능성 소자를 포함하는 물체의 인 몰드 제조 - Google Patents

기능성 소자를 포함하는 물체의 인 몰드 제조 Download PDF

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layer
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film
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치-위안 리아오
앤드류 호
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사이픽스 이미징, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 상부 표면에 기능성 소자가 임베디드된 물체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 이 물체는 성형, 스탬핑, 적층 또는 이들의 조합에 의해 형성된다. 기능성 소자는, 소정의 기능을 수행할 수 있는 임의의 전기적 또는 기계적 소자를 포함한다.
기능성 소자, 성형, 몰드, 전사

Description

기능성 소자를 포함하는 물체의 인 몰드 제조{IN MOLD MANUFACTURING OF AN OBJECT COMPRISING A FUNCTIONAL ELEMENT}
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 그 표면에 기능성 소자가 임베디드된 물체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
관련기술의 설명
현재, 기능성 소자를 갖는 물체에서, 물체와 기능성 소자는 개별적으로 제조되고, 이어서 이들 2 개의 컴포넌트 (component) 는 함께 조립된다. 통상, 이러한 물체의 어셈블리는 기계적 집적 (integration) 또는 적층 (lamination) 을 요구하므로, 이는 한 묶음씩 수행된다. 다시 말해서, 물체는 연속 공정으로 제조될 수 없다. 또한, 통상적으로, 기계적 집적 또는 적층 공정으로 인해, 물체와 기능성 소자 사이에 큰 간격, 및 물체의 전체 두께 또는 체적에서의 증가가 야기된다. 그 결과, 현재의 방법은 시간-소비적일 뿐만 아니라, 노동 집약적이다. 또한, 스타일, 소형성 (compactness), 내구성 및 핸드헬드 디바이스에 중요한 다른 특징들과 같은 원하는 사양을 충족시키기 위해서, 현재의 방법은 매우 고비용을 소요할 수 있다.
발명의 개요
본 발명의 제 1 양태는, 상부 표면에 적어도 하나의 기능성 소자가 임베디드된 (embeded) 물체에 관한 것이다. 또한, 이 물체는, 물체 상에 나타나는 장식성 디자인 (예를 들어, 텍스트 또는 그래픽), 디스플레이 패널, 또는 이들 모두를 가질 수도 있다.
본 발명의 제 2 양태는, 인-몰드 전사 (in-mold transfer) 필름 또는 호일 (foil) 에 관한 것이다.
본 발명의 제 3 양태는, 인-몰드 삽입 (in-mold insertion) 필름 또는 호일에 관한 것이다.
본 발명의 제 4 양태는, 본 발명의 제 1 양태의 물체 제조 방법에 관한 것이다.
기능성 소자가 물체의 표면에 임베디드되는 경우, 무결절성 집적은 매우 매력적인 외관을 생성한다. 물체의 표면이 곡선형일지라도, 기능성 소자는 물체의 형상에 따를 수도 있다. 그 결과, 물체의 일체부로서 기능성 소자가 보여질 수도 있다.
본 발명에 의해 제조된 물체는, 광범위한 애플리케이션을 갖는다. 예를 들어, 물체는, 터치 또는 푸시 패널, 컬러 필터, 백라이트 보드, 스피커, 마이크로폰, 시계 (clock), 손목 시계, 라디오 패널 및 다른 전자 디바이스일 수도 있다. 이 리스트가 명백히 모든 것을 포함한 것은 아니다. 이하의 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 다른 애플리케이션도 명백하므로, 그들 모두도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 물체의 상면도를 나타낸다.
도 2a 는 기능성 소자를 포함하는 인-몰드 전사 필름 또는 호일의 단면도이다.
도 2b 는 기능성 소자를 포함하는 인-몰드 삽입 필름 또는 호일의 단면도이다.
도 3a 는 인-몰드 전사 필름 또는 호일을 포함하는 사출 성형 공정의 단면도이다.
도 3b 는 인-몰드 삽입 필름 또는 호일을 포함하는 사출 성형 공정의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b 는 내부 공동 (inner cavity) 을 갖는 본 발명의 물체를 도시한다.
발명의 상세한 설명
본원 전체에 걸쳐 언급되는 "기능성 소자" 라는 용어는, 소정의 기능을 수행할 수 있는 임의의 전기적 또는 기계적 소자를 광범위하게 포함한다. 이러한 기능성 소자들의 예로는, 광학 컴포넌트, 광학 디바이스, 도파관, 도전성 또는 반-도전성 전기 트레이스와 같은 전자 디자인, 및 집적 회로, 인쇄 전기 회로, 트랜지스터, 다이오드, 레지스터 (resistor), 인덕터, 캐패시터, 안테나, RFID 트랜스폰더, 배터리, 태양 전지, 발광 다이오드 (LED), 및 LED 에 한정되지 않은 기타 다이오드, 유기 발광 다이오드 (OLED), 디스플레이 컴포넌트, 백라이트 컴포넌트, 스피 커, 마이크로폰, 푸시 버튼, 터치 패널, 터치 패드, 커넥터 등과 같은 전자 컴포넌트가 포함될 수도 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 설명에 있어서, "상부 표면에 임베디드된" 이라는 용어는, 물체가 형성된 후가 아니라 물체가 형성되고 있을 때, 기능성 소자가 물체의 상부 표면으로 집적되는 것을 나타내는 것이고, 기능성 소자가 물체 내에 장착되지는 않는다.
도 1 은, 표면에 기능성 소자 (11) 가 임베디드된 물체 (10) 를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 물체가 기능성 소자 쪽으로부터 보여질 수도 있다. 한편으로, 물체가 반대쪽으로부터 보여질 수도 있고, 이러한 경우에 기능성 소자는 관측자에게 보이지 않는다.
또한, 장식성 소자 (decorative element; 12), 디스플레이 소자 (display element; 미도시) 또는 이들 모두가 물체 상에 나타날 수도 있다.
물체의 표면에 기능성 소자를 임베디드하는데 사용될 수도 있는 다수의 상이한 방법들이 있다. 이하, 2 개의 실시예가 주어진다. "인-몰드" 라는 용어가 사용되지만, 본 발명은, 성형 공정에 대해 스탬핑 (stamping), 적층, 열성형 (therforming), 사출 성형 (injection molding), 압축 성형 (compression molding), 블로우 성형 (blow molding) 또는 스탬핑 또는 적층의 조합과 같은 공정들로 확장될 수 있는 것으로 이해된다.
(Ⅰ) 인- 몰드 전사 필름 또는 호일
일 접근 방법에 있어서, 먼저 기능성 소자를 포함하는 인-몰드 전사 필름 또 는 호일이 준비된다.
도 2a 는, 캐리어층 (21), 이형층 (release layer; 22), 선택적 내구층 (optional durable layer; 23), 기능성 소자 (24) 및 접착 또는 결합-코트층 (tie-coat layer; 25) 을 포함하는 이러한 인-몰드 전사 필름 또는 호일 (20) 의 단면도이다.
이형층 (22), 내구층이 존재한다면 내구층 (23), 및 접착층 (25) 은, 캐리어층 (21) 위에 순차적으로 코팅되거나 적층되고, 이들 상이한 층들은 설명의 용이함을 위해 이 애플리케이션에 있어서, 총괄적으로 "인-몰드 전사 필름 또는 호일" 로 언급된다.
내구층이 존재하지 않는 경우, 기능성 소자 (24) 는, 이형층 (22) 과 접착층 (25) 사이에 존재한다. 이는, 인-몰드 전사 필름 또는 호일을 형성하기 위해서 이들 층들이 순차적으로 코팅되기 전에, 이형층 또는 접착층에 기능성 소자를 적용시킴으로써 달성될 수도 있다.
내구층이 존재하는 경우, 기능성 소자는, 내구층 코팅 필름에 적용될 수도 있다. 기능성 소자는, 이형층과 내구층 사이에 또는 내구층과 접착층 사이에 존재할 수도 있다.
한편으로, 기능성 소자가 2 개의 접착층 사이에 개재된 복합 필름 (composite film) 이, 이형층 또는 내구-이형 코팅 필름 (durable-release coated film) 위에 적층되는데 사용될 수도 있다. 2 개의 접착층은, 2 개의 접착층 중 하나가 복합 필름과 이형층 또는 내구-이형 필름 사이의 접착력을 강화시키고, 다 른 접착층이 복합 필름과 사출 성형 수지 사이의 접착력을 강화시키도록 요구된다. 실제로, 도 2a 에서, 후자의 접착층이 접착층 (25) 이다. 실제로, 설명된 복합 필름은, 인-몰드 전사 필름 또는 호일에서 지지층의 역할을 한다.
이형층, 내구-이형 필름, 접착 또는 결합층에 대한 기능성 소자의 적용은, 인쇄, 코팅, 스퍼터링, 기상 증착, 분사, 도금, 접착 (pasting), 에칭, 적층 등과 같은 방법에 의해 달성될 수도 있다. 또한, 이것은, 이들 방법 중 임의의 조합에 의해 달성될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 먼저 기능성 소자가 형성되고나서 층 위에 전사될 수도 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 층 바로 위에, 기능성 소자가 형성될 수도 있다. 그러나, 어떠한 경우에도, 물체 표면의 균일성 또는 평활성은, 기능성 소자의 존재로 인해 영향을 받지않아야 한다.
도 3a 에 도시된 바와 같이, 인-몰드 전사 공정에 있어서, 인-몰드 전사 필름 또는 호일이, 몰드 안으로 공급되는데, 이때, 캐리어층 (21) 이 몰드 표면과 접촉한다.
통상, 캐리어층 (21) 은 약 3.5 내지 약 200 미크론의 두께를 갖는 플라스틱 박막이다. 저 비용, 고 투명성 및 열기계적 안정성 때문에, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate: PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate: PEN) 및 폴리카보네이트 (polycarbonate: PC) 필름이 바람직하다.
이형층 (22) 은, 성형 동안 기능성 소자에 대한 피해를 최소화하고, 완전 자동화된 롤 전사 공정을 가능하게 하는 방식으로, 기능성 소자 (24) 가 캐리어층으 로부터 이형되는 것을 가능하게 한다.
통상, 이형층은, 실리콘, 파라핀 또는 왁스와 같은 물질로부터 제조된 저 표면장력 도료 (coating) 이거나, 방사선 경화성 다관능 아크릴레이트 (radiation curable multifunctional acrylate), 실리콘 아크릴레이트, 에폭시드 (epoxide), 비닐 에스테르, 비닐 에테르, 알릴과 비닐, 불포화 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물과 같은 물질로부터 제조된 매우 평활한 불침투성 도료이다. 이형층은, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드, 멜라민 포름알데히드, 우레아 포름알데히드 및 페놀 포름알데히드로 구성된 그룹으로부터 선택된, 축합 중합체 (condensation polymer), 공중합체 (copolymer), 혼합물 또는 복합물을 포함할 수도 있다.
또 다른 적절한 이형층 조성물은 미국특허 공개공보 제 2005-0255314 호에 개시되어 있고, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다. 요약하면, 이형층은, 아민-알데히드 축합물 (amine-aldehyde condensate) 및 라디컬 저해제 또는 억제제 (radical inhibitor or quencher) 를 포함하는 조성물로부터 형성된, 공중합체 또는 IPN (interpenetration network) 을 포함한다.
내구층 (23) 이 존재한다면, 기능성 소자 (24) 의 보호층으로서 역할을 한다. 내구층에 적절한 원료 물질은, 에폭시 아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 에폭시드, 비닐 에스테르, 디알릴 프탈레이트, 비닐 에테르 및 이들의 혼합물을 포함하는 방사선 경화성 다관능 아크릴레이트를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되지 는 않는다. 내구층은, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리이미드, 멜라민 포름알데히드, 우레아 포름알데히드 또는 페놀 포름알데히드와 같은 축합 중합체 또는 공중합체를 포함할 수도 있다. 내구층은, 졸-겔 실리케이트 또는 티타늄 에스테르를 포함할 수도 있다.
내구층은, 부분적으로 또는 완전히 경화될 수도 있다. 부분적으로 경화된다면, 내구성, 특히 경도, 스크래치 및 내유성 (oil resistance) 을 강화시키기 위해서, 성형 및/또는 전사 단계 후에, 사후 경화 단계가 채택될 수도 있다.
이형 특성을 개선하기 위해서, 원료 물질, 특히 내구층의 저 분자량 성분이, 이형층으로 침투되지 않는 것이 바람직하다. 내구층이 코팅되고, 경화 또는 부분적으로 경화된 후에, 그것은 가장자리에 이형층과 융화 또는 비융화되어야 한다. 산화 방지제 (antioxidant), UV 안정제 (stabilizer), 분산제 (dispersant), 계면 활성제 (surfactant) 또는 즘정제 (thickener) 와 같은 첨가물 및 바인더가, 유동학 (rheology), 습윤성 (wettability), 코팅 특성, 내후성 (weatherability) 및 노화 (aging) 특성을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 실리카, Al2O3 TiO2, CaCO3, 폴리에틸렌, 미정질 (microcrystalline) 왁스, 테프론, 또는 다른 윤활입자 (lubricating particle) 와 같은 필러들이, 예를 들어, 내구층의 스크래치 저항성 및 경도를 개선시키기 위해 추가될 수도 있다. 통상, 내구층은 약 2 내지 약 20 미크론, 바람직하게는 약 3 내지 약 12 미크론의 두께이다. 내구층이 존재한다면, 윈도우 영역에서 투명한 것이 바람직하다.
전술한 물질에 추가하여, 선택적 내구층에 적절한 다른 조성물이, 미국특허 공개공보 제 2005-0181204 호, 공개공보 제 2005-0171292 호, 및 공개공보 제 2006-0093813 호에 개시되고, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다. 예를 들어, 미국특허 공개공보 제 2005-0181204 호는, 열 가교결합가능 이며 광화학적 또는 완전한 그라프트 중합체 (radically graftable polymer), 열 가교결합제 및 방사선 경화성 다관능 모노머 또는 올리고머를 포함하는 내구층 조성물을 개시하고 있고; 미국특허 공개공보 제 2005-0171292 호는, 열 가교결합 (thermal crosslinking) 을 위해 적어도 하나의 카르복시산 또는 산 무수물 (acid anhydride) 관능성 및 적어도 하나의 UV 가교결합성 관능성 (crosslinkable functionality) 을 갖는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 내구층 조성물을 개시하고 있고; 그리고 미국특허 공개공보 제 2006-00093813 호는, 광 개시제, 산 촉매 및 아미노 가교제를 갖는 적어도 하나의 관능기 (functional group) 작용제를 갖는 UV 경화성 모노머 또는 올리고머, 아미노 가교제를 포함하는 내구층 조성물을 개시하고 있다.
접착층 (25) 은, 성형된 물체의 표면에 대해 기능성 소자 (24) 의 최적의 접착력을 제공하기 위해서, 인-몰드 전사 필름 또는 호일에 통합된다. 접착층은, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 에폭시 수지, 에틸렌 비닐아세테이드 공중합체 (EVA), 열가소성 엘라스토머 등과 같은 물질, 또는 이들의 공중합체, 혼합물 또는 복합물로부터 형성될 수도 있다. 폴리우레탄 및 폴리아미드와 같은, 핫 멜트 (hot melt) 또는 열활성 접착제가 특히 바람직하다. 전술한 물질에 추가하여, 접착층에 적절한 조성물이, 미국특허 공개공보 제 2006-0019088 호에 개시되어 있고, 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다. 요약하면, 접착층 조성물은 접착 바인더 및 중합 미립자 물질을 포함할 수도 있다.
접착층의 두께는 약 1 내지 약 20 미크론의 범위, 바람직하게는 약 2 내지 6 미크론의 범위 내일 수도 있다.
(Ⅱ) 인- 몰드 삽입 필름 또는 호일
도 2b 는 인-몰드 삽입 필름 또는 호일의 개략적인 단면도이다. 이 경우에서, 캐리어층 (21a) 은, 스탬핑, 적층 또는 성형 공정 후에, 완성된 제품의 일부가 될 것이다. 기능성 소자 (24) 는, 선택적 접착층 (미도시) 을 이용하여 캐리어 필름 (21a) 에 적용될 수도 있고, 기능성 소자의 다른 면 상에는 핫 멜트 또는 열활성 접착제 (25) 를 이용하여 코팅될 수도 있다. 기능성 소자가 자체적으로 캐리어 필름에 접착될 수도 있기 때문에, 캐리어 필름에 도포된 접착층이 항상 필요하지는 않다.
설명의 용이함을 위해 본원에 있어서, 상이한 층들은, 총괄적으로 "인-몰드 삽입 필름 또는 호일" 로서 언급된다.
전술한 단락 Ⅱ 의 인-몰드 전사 필름 또는 호일, 또는 단락 Ⅲ 의 인-몰드 삽입 필름 또는 호일은, 단일 시트의 형태 또는 롤의 형태일 수도 있다.
(Ⅲ) 물체의 제조
도 3a 에는 통상적인 인-몰드 전사 공정이 도시된다. 성형 공정에서, 인-몰드 전사 필름 또는 호일이, 롤 또는 웨브 (web) 상에서 연속적으로 성형기로 공급된다. 몰드 (30) 는, 물체 (36b) 용 사출 또는 압축 몰드일 수도 있다. 성형 공정 동안, 몰드는 폐쇄되고, 물체의 형성을 위한 플라스틱 용융물 (melt) 이 주입 노즐 및 러너 (runner) 를 통해 몰드 공동 (36a) 으로 주입된다. 성형 후, 기능성 소자, 및 존재한다면 내구층이, 성형된 물체 위에 전사된다. 성형된 물체는 몰드로부터 제거된다. 캐리어층 (31) 및 이형층 (32) 이 동시에 제거되고, 존재한다면 내구층 (33) 이 남아서, 물체의 일체부로서, 아래에 기능성 소자 (34) 가 임베디드된 물체의 표면 상의 최상층으로 된다. 층 (35) 은 접착층이다.
내구층이 존재하지 않는 경우에는, 기능성 소자가 노출될 것이고, 그것은 전원 또는 다른 전자 컴포넌트들에 직접적으로 연결될 수 있다. 내구층이 존재하는 경우에는, 내구층 상에 홀이 있을 수도 있는데, 이 홀을 통해 기능성 소자가 전원 또는 다른 전자 컴포넌트들과 배선 (wiring) 될 수도 있다.
몰드에, 전사 필름 또는 호일의 레지스트레이션 (registration) 을 용이하게 하기 위해, 롤 또는 웨브가 레지스트레이션 마크로 사전-인쇄될 수도 있고, 예를 들어, 광학 센서에 의한 레지스트레이션으로 몰드 안으로 연속적으로 공급될 수도 있다.
도 3b 에 도시된 바와 같이, 인-몰드 삽입 공정에 있어서, 인-몰드 삽입 필 름 또는 호일은, 먼저 적절한 사이즈 및 형상으로 커팅되고, 이어서 몰드 (30) 안으로 삽입된다. 도시된 바와 같이, 선택적으로 진공 분위기 하에서, 인-몰드 삽입 필름 또는 호일이 몰드 벽에 접촉되어 배치된다. 필름 또는 호일은 수동으로 배치될 수 있고, 정전기적 전하가 그것의 삽입을 용이하게 하는데 이용될 수도 있고, 또는 이러한 삽입이 기계화될 수도 있다. 특히, 기계화된 삽입은 대량 생산에 유리하다.
삽입 필름 또는 호일의 캐리어층 (31a) 이, 몰드의 내벽면에 접촉된다. 이어서, 몰드가 폐쇄되고, 물체 (36b) 의 형성을 위한 플라스틱 용융물이 주입 노즐 또는 러너를 통해 몰드 공동 (36a) 으로 주입된다. 이 경우에, 캐리어층 (31a) 이 완성된 제품의 통합부가 될 수도 있다. 선택적으로, 삽입 필름 또는 호일은, 몰드 안으로 삽입되기 전에, 어떤 형상으로 열성형되고, 다이 컷 (die cut) 될 수도 있다.
스탬핑, 적층 또는 성형 공정에 있어서, 물체의 형성에 적절한 플라스틱 물질의 예로는, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴, 폴리술폰, 폴리아릴에스테르, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리올레핀, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 (ABS), 메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 (MABS), 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리우레탄 및 다른 열가소성 엘라스토머 또는 그들의 혼합물과 같은 열가소성 물질 및, 반응 사출 성형 등급 (reaction injection molding grade) 폴리우레탄, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르 또는 조성물, 프리프레그 (prepreg) 및 그들의 혼합물과 같은 열경화성 물질 (thermoset material) 이 포함될 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다.
2 가지 타입의 제조 공정 중 어느 하나에 사용되는 몰드는, 기능성 소자 삽입 또는 전사를 고려하여 디자인되어야 한다. 게이트 위치는, 적절한 열 전사를 보증하기 위해서, 기능성 소자가 몰드 공동에 대해 프레스-업 (press-up) 되는 것을 가능하게 해야 한다. 또한, 몰드는, 성형 공정 후에 기능성 소자가 전원에 쉽게 연결될 수 있도록 디자인되어야 한다. 또한, 몰드 흐름 및 충진 분석이, 몰드 물질의 커팅 이전에 수행되어야 한다. 또한, 몰드 냉각 분석이, 몰드 내의 핫 스팟 (hot spot) 을 최소화하도록 고려되어야 한다. 마지막으로, 몰드 온도 및 압력 설정이, 기능성 소자의 존재를 고려하여야 한다.
도 4a 는 표면에 기능성 소자가 임베디드된 고체 물체의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 물체 (40) 는, 전원에 대한 기능성 소자 (42) 의 연결을 허용하도록 바디 내에 개방 (open) 홀 또는 슬롯 형태의 연결 공동 (41) 을 가질 수도 있다. 기능성 소자의 전원에 대한 연결은, 이 홀 또는 슬롯을 통해 라우팅될 수 있다.
가요성 케이블 (44), 또는 다른 형태의 가요성 연결 장치는, ACF (Anisotropic Conductive Film), 도전성 PSA (Pressure Sensitive Adhesive) 또는 은페이스트와 같은 도전성 접착체 (45), 또는 기계적 클램핑 중 어느 하나에 의해 기능성 소자에 접착될 수 있다.
도 4b 는 본딩 영역을 확보하고, 기능성 소자와 전원 사이의 연결의 신뢰성 을 강화하기 위해 추가적으로 삽입될 수 있는 스냅-인 플러그 (46) 를 도시한다.
또한, 블로우 성형 또는 열성형에 의해 회로를 수용하기 위한 내부 공동을 생성함으로써, 본 발명의 물체를 형성하는 것이 가능하다. 블로우 성형 또는 열성형에 의해 물체를 제조하는 동안, 먼저, 전사 또는 삽입 필름 또는 호일이 개방 몰드 안에 배치되고, 예를 들어, 진공 또는 장력에 의해 제자리에 고정되고, 이어서 몰드가 폐쇄된다. 물체를 형성하기 위한 플라스틱 물질이, 열성형 되거나 몰드 안으로 블로우된다. 기능성 소자는, 사출 또는 압축 성형 공정에서와 같이, 성형된 물체의 표면에 임베디드된다.
형성된 물체의 표면이, 방현성 (anti-glare), 반사 방지 (anti-reflective) 또는 무광택 (mat), 광택 (glossy) 또는 거친 마감 (rough finish) 의 특성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 표면 특성은, 몰드 자체의 표면 디자인 또는 처리를 통해 달성될 수도 있다. 한편으로, 표면 특성은, 이형층이 존재하지 않는 경우, 캐리어 기판 상에 수행되는 화학적 에칭 또는 샌드 블래스팅을 통해 달성될 수도 있는데, 이는 캐리어 기판이, 성형된 물체의 상부 표면으로서 남는 것을 가능하게 한다. 사출 성형 공정 동안, 표면 특성이 성형된 물체로 전사된다.
또한, 사출 성형 공정 후에, 표면 특성을 성형된 물체에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 거칠고 광택성 영역을 갖는 전사층이, 성형된 물체 상부에 적층되어, 물체의 표면 상에 표면 특성을 전사할 수도 있다. 이 경우에, 전사층은, 샌드페이퍼, 부직포 등에 의해 또는 샌드 블래스팅 또는 화학적 에칭에 의해 형성된 거친 영역, 및 상부에 수지층을 인쇄함으로써 형성된 광택 영역을 가질 수 도 있다. 한편으로, 전사층의 거친 영역은, 광택성 플라스틱 필름 상부에 잉크를 인쇄함으로써 형성될 수도 있다. 더 한편으로, 성형된 물체의 표면 특성은, 그 위에 거친 전사 필름을 코팅하여 거친 영역을 생성함으로써, 또한 그 다음에 거친 영역 상부에 투명 전사 필름을 부분적으로 코팅하여 광택 영역을 생성함으로써 달성될 수도 있다. 거친 전사 필름은, 원하는 텍스쳐를 제공하는 얇은 금속 필름층을 가질 수도 있다. 또한, 먼저, 얇은 금속 필름층으로 전체 표면을 부분적으로 코팅하고, 이어서 금속 필름이 남아있게 될 영역 내에 저항층을 형성하고, 산 또는 알칼리로 표면을 에칭하고, 마지막으로 저항층을 제거함으로써, 성형된 물체의 표면 상에 원하는 거칠기를 달성하는 것이 가능하다.
(Ⅳ) 기능성 소자
사용시, 물체는, 기능성 소자가 사용자에 의해 보이거나 보이지 않는 방식으로 유지될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 적절한 기능성 소자는, 임의의 기능을 수행할 수 있는 소정의 전기적 또는 기계적 소자를 포함할 수도 있다.
도전성 또는 반-도전성 전기 트레이스와 같은 전자 디자인이, 적층, 전기 도금, 스퍼터링, 기상 증착, 진공 증착 또는 이들의 조합과 같은 다양한 방법에 의해, 인-몰드 전사 필름 또는 호일의 이형층에, 내구층이 존재한다면 내구층에, 또는 접착 또는 결합코트층에, 또는 인-몰드 삽입 필름 또는 호일의 캐리어층에 적용될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 기판층 상의 도전성 또는 반-도전성 패턴은, 포토리소그래피 공정의 사용을 포함한다. 또한, 이것은, 스크린, 그라비어 (gravure) 또는 플렉소 (flexo), 또는 리소그래피 인쇄와 같은 직접 인쇄에 의해 달성될 수도 있다.
한편으로, 미국특허 공개공보 제 2003-0203101 호 및 제 2004-0131779 호에 개시된 임의의 공정에 의해 도전성 또는 반-도전성 패턴의 형성이 달성될 수도 있는데, 이들 공보의 내용은 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다.
예를 들어, 도전성 또는 반-도전성 패턴의 형성은, "포지티브 이미지 인쇄" 공정에 의해 수행될 수도 있다. 이 공정에서, 층으로부터 박리되기 어려운 물질로 원하는 패턴에 대응되는 영역을 인쇄함으로써, 인-몰드 전사 필름 또는 호일 내의 존재한다면 내구층 상에, 또는 접착 또는 결합코트층 상에, 또는 인-몰드 삽입 필름 또는 호일 내의 캐리어층 상에, "포지티브 이미지" 가 생성된다. 그후에 퇴적된 도전성 또는 반-도전성 필름이, 그것이 층에 접착되는 것보다 더 강하게, 잉크 또는 인쇄된 물질에 접착되는 특성을 갖는, 임의의 잉크 또는 인쇄가능 물질이 사용될 수도 있다. 인쇄는, 플렉소그래피 (flexographic), 드리오그래피 (driographic), 전자 사진방식 (electrophotographic) 또는 리소그래피 인쇄와 같은 임의의 인쇄 기술에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 스탬핑, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 열전사 인쇄와 같은 다른 인쇄 기술들이 적합할 수도 있다. "포지티브 이미지" 의 형성 후에, 도전성 또는 반-도전성 물질이, 패터닝된 층의 표면 상에 퇴적된다. 도전성 또는 반-도전성 물질의 퇴적 후에, 잉크 또는 인쇄가능 물질에 의해 커버되지 않은 영역 내의 도전성 또는 반-도전성 물질이, 박리 공정으로 제거되어, 패턴이 드러나게 된다. 박리는, 층 바로 위에 형성된 도전성 또는 반-도전성 물질을 제거할 수 있는 박리 용매 (이는, 수성의 또는 유기 용매일 수도 있음) 를 사용함으로써 수행될 수도 있다. 한편으로, 박리는, 기계적 수단에 의해 수행될 수도 있다.
또한, 인-몰드 삽입 필름 또는 호일 내의 캐리어층 상에, 또는 인-몰드 전사 필름 또는 호일 내의 내구층 또는 접착 또는 결합코트층 상의 도전성 또는 반-도전성 패턴의 형성이, "네거티브 이미지 인쇄" 공정에 의해, 수행될 수도 있다. 이 공정에서는, 먼저, 마스킹 도료 또는 잉크가 층 상에 인쇄되어, 원하는 패턴의 "네거티브 이미지" 를 생성하게 된다. 다시 말해서, 마스킹 도료 또는 잉크가, 도전성 또는 반-도전성 물질이 존재하지 않을 영역에 인쇄된다. 본질적으로, 잉크 패턴은, 도전성 또는 반-도전성 물질의 후속 퇴적을 위한 마스크의 역할을 한다. 플렉소그래피, 드리오그래피, 전자 사진방식 또는 리소그래피 인쇄와 같은 임의의 적절한 인쇄 기술이, 층 상에 네거티브 이미지를 인쇄하는데 사용될 수도 있다. 어떤 애플리케이션에 있어서, 요구된 해상도에 의존하여 스탬핑, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 열전사 인쇄와 같은 다른 인쇄 기술이 적합할 수도 있다. "네거티브 이미지" 의 형성 후, 도전성 또는 반-도전성 물질이, 패터닝된 층의 표면 상에 퇴적된다. 일 실시형태에 있어서, 기상 증착이, 층의 패터닝된 면 상에 도전성 또는 반-도전성 물질을 퇴적하는데 사용된다. 다른 실시형태에 있어서, 도전성 또는 반-도전성 물질은, 도전성 또는 반-도전성 물질로 층의 패터닝된 측에 스퍼터 코팅함으로써 퇴적된다. 마지막으로, 마스킹 도료 또는 잉크가, 도전성 또는 반-도전성 물질이 퇴적되어 있는 층의 패터닝된 표면으로부터 박리된다. 도료/잉크의 박리는, 도료/잉크가 존재하는 층의 영역 상에 퇴적된 도전성 또는 반-도전성 물질의 부분뿐만 아니라, 형성된 인쇄 네거티브 이미지를 제거하는 효과를 갖는다. 그 결과, 박리 단계가, 도전성 또는 반-도전성 물질의 퇴적 후에 수행되더라도, 박리 용매는, 도료/잉크 패턴, 및 도료/잉크 패턴의 상부 표면 상에 형성된 도전성 또는 반-도전성 물질을 제거할 수 있다.
도전성 또는 반-도전성 패턴은, 적어도 2 개의 기능성 소자들 사이의 인터커넥터 (interconnector) 로서, 또는 동일한 기능성 소자에 대한 연결 트레이스로서 사용될 수 있다. 또한, 도전성 또는 반-도전성 패턴이, 안테나 또는 전자기적 차폐물의 기능을 수행할 수도 있다.
기능성 소자들 자체는 강성일 수 있지만, 그것이 가요성/변형 가능한 것이 바람직하다.
(Ⅴ) 장식성 디자인의 적용
또한, 텍스트 및/또는 그래픽 디자인이, 물체의 표면 상에 나타날 수도 있다. 가장 일반적인 디자인은, 브랜드명, 로고 또는 심볼 또는 다른 장식성 디자인을 포함한다.
장식성 디자인을 추가하는 종래의 방법은, 스크린 인쇄, 패드 인쇄, 핫 스탬핑 (hot stamping), 적층 및 페인팅을 포함한다. 역사적으로, 이들 방법은, 추 가적인 공정 단계를 요구하는 성형후 작업들이다.
최근, 전술한 바와 같은 인-몰드 전사 필름 또는 호일 또는 인-몰드 삽입 필름 또는 호일과 같은 대안의 장식 방법들이 사용되고 있다. 장식성 디자인 및 기능성 소자는, 필름 또는 호일 모두에 존재할 수도 있다. 예를 들어, 장식성 디자인은, 인-몰드 전사 또는 삽입 필름 또는 호일의 적절한 층 상에 인쇄될 수도 있다. 장식성 디자인에 적절한 물질은, 잉크, 금속, 금속 산화물, 무기 파우더 등을 포함할 수도 있다. 장식성 디자인은, 기능성 소자가 필름 또는 호일에 추가되기 이전 또는 이후에 형성/인쇄될 수도 있다.
또한, 장식성 디자인은 열성형에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우에, 통상, 장식성 디자인은, 몰드 내에서 ABS, 폴리스티렌 또는 PVC 시트로부터 열성형된다. 한편으로, 장식층이, 고압 공기의 사용을 포함하는 고압 형성에 의해 형성되어, 필름 상에 장식성 디자인을 생성하게 된다. 또한, 장식층은, 공기보다는, 유압 블래더 (hydrostatic bladder) 를 사용하는 유압 성형 (hydroforming) 에 의해 형성될 수도 있는데, 이는 형성 메커니즘의 기능을 한다.
일 디자인에 있어서, 장식성 디자인은 물체의 표면 상의 기능성 소자와 중첩되지 않는다. 다른 방법으로는, 장식성 디자인은 기능성 소자와 중첩되거나 부분적으로 중첩될 수도 있다. 예를 들어, 기능성 소자는, 장식 패턴의 상부 상에, 또는 부분적으로 상부 상에 있을 수도 있고, 또는 기능성 소자는 장식 패턴의 아래에, 또는 부분적으로 아래에 있을 수도 있다. 후자의 경우, 장식 패턴은, 장식 패턴 아래의 기능성 소자가 와이어 또는 커넥터에 연결되는 동안에 보여질 수 있다. 애플리케이션 또는 원하는 효과에 의존하여, 이들 선택사양 중 어느 하나가 사용될 수도 있다.
또한, 장식 패턴 및 기능성 소자가, 2 개의 분리된 필름 또는 호일 상에 있는 것도 가능하다. 기능 소자를 필름 또는 호일은 내구층이 선택적인 것에 반하여, 장식 패턴을 갖는 필름 또는 호일은 바람직하게는 내구층을 갖는다. 사출 공정 전에, 장식 필름 또는 호일 및 기능성 소자 필름 또는 호일이, 상이한 위치에서 몰드에 배치된다.
(Ⅵ) 디스플레이 패널
또한, 물체 상에 나타나는 디스플레이 패널이 있을 수도 있다. 본 발명이 모든 디스플레이 타입을 커버하기는 하나, PDLCD (Polymer Dispersed Liquid Crystal Display), 콜레스테릭 액정 디스플레이 (Cholesteric Liquid Crystal Display: ChLCD), 유기 발광 디바이스 (Organic Light Emitting Device: OLED), 전기영동 디스플레이 (Electrophoretic Display: EPD), 플라스틱-기반 LCD, 또는 다른 입자 기반 디스플레이와 같은 플라스틱-기반 디스플레이 패널을 사용하는 것이 유리하다.
디스플레이 패널은, 물체의 표면의 상부 상에 적층될 수도 있다. 한편으로, 또한, 디스플레이 패널이 물체의 표면에 임베디드될 수도 있다. 물체의 표면에 디스플레이 패널을 임베디드하기 위한 방법이, 미국특허 공개공보 제 2005-0163940 호에 개시되고, 이 공보의 내용은 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다.
본 발명이 특정 실시형태와 관련하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화가 이루어지며 균등물로 대체될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 많은 변형이 특정 환경에 채택될 수도 있다. 이러한 모든 변형은 여기에 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 상부 표면에 기능성 소자가 임베디드된, 물체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체는, 성형 (molding), 스탬핑 (stamping), 적층 (lamination) 또는 그들의 조합에 의해 형성되는, 물체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 성형 공정은, 사출 성형, 압축 성형, 열성형 또는 블로우 성형인, 물체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체는, 열가소성 물질, 열가소성 엘라스토머, 열경화성 물질 및 혼합물, 프리프레그 (prepregs), 또는 이들의 복합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로부터 형성되는, 물체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 소자는, 광학 컴포넌트, 광학 디바이스, 도파관, 전자 디자인, 전자 컴포넌트, 디스플레이 컴포넌트, 백라이트 컴포넌트, 스피커, 마이크로폰, 푸 쉬 버튼, 터치 패널, 터치 패드, 또는 커넥터인, 물체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자 디자인은, 도전성 또는 반-도전성 (semi-conductive) 전기 트레이스들인, 물체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자 컴포넌트는, 집적 회로, 인쇄 전기 회로, 트랜지스터, 다이오드, 레지스터 (resistor), 인덕터, 캐패시터, 안테나, RFID 트랜스폰더, 배터리, 태양 전지, 발광 다이오드, 또는 유기 발광 다이오드인, 물체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    장식성 디자인, 디스플레이 패널, 또는 장식성 디자인과 디스플레이 패널 모두를 더 포함하는, 물체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기능성 소자 및 상기 장식성 디자인은, 중첩되거나, 부분적 중첩되거나, 또는 중첩되지 않는, 물체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 장식성 디자인 또는 상기 디스플레이 패널은, 성형 후 (post-molding) 에 적용되는, 물체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 장식성 디자인 또는 상기 디스플레이 패널은, 인-몰드 (in-mold) 공정에 의해 적용되는, 물체.
  12. 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일로서,
    임시 캐리어층, 이형층, 기능성 소자, 접착 또는 결합층 (tie layer), 및 선택적으로 내구층 (optionally a durable layer) 을 포함하는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 임시 캐리어층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate), 또는 폴리카보네이트 (polycarbonate) 의 박막인, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 이형층은,
    왁스,
    파라핀, 또는
    실리콘, 또는
    방사선 경화성 다관능 아크릴레이트 (radiation curable multifunctional acrylate), 실리콘 아크릴레이트, 에폭시드, 비닐 에스테르, 비닐 에테르, 알릴 또는 비닐, 불포화 폴리에스테르, 또는 그들의 혼합물로부터 준비된 매우 평활하고 불침투성의 도료 (coating) 로부터 형성되는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 이형층은, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드, 멜라민 포름알데히드, 우레아 포름알데히드, 및 페놀 포름알데히드로 구성된 그룹으로부터 선택된 축합 중합체 (condensation polymer), 공중합체 (copolymer), 혼합물 또는 복합물을 포함하는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택적인 내구층은, 방사선 경화성 다관능 아크릴레이트, 에폭시드, 비닐 에스테르, 디알릴 프탈레이트, 비닐 에테르, 또는 그들의 혼합물로부터 형성되는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택적인 내구층은, 축합 중합체 또는 공중합체를 포함하는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 축합 중합체 또는 공중합체는, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리이미드, 멜라민 포름알데히드, 우레아 포름알데히드, 및 페놀 포름알데히드로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택적인 내구층은, 졸-겔 실리케이트 또는 티타늄 에스테르를 포함하는, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 방사선 경화성 다관능 아크릴레이트는, 에폭시 아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 또는 글리시딜 아크릴레이트인, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 접착층은, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 에폭시 수지, 에틸렌 비닐아세 테이트 공중합체, 열가소성 엘라스토머, 이들의 공중합체, 이들의 혼합물, 또는 이들의 복합물인, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 접착층은, 핫 멜트 (hot melt) 또는 열활성 접착제인, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  23. 제 12 항에 있어서,
    상기 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일은, 롤의 형태인, 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일.
  24. 인-몰드 디스플레이 삽입 필름 또는 호일로서,
    캐리어층, 기능성 소자 및 접착층을 포함하는, 인-몰드 디스플레이 삽입 필름 또는 호일.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 인-몰드 디스플레이 삽입 필름 또는 호일은, 롤 형태인, 인-몰드 디스플레이 삽입 필름 또는 호일.
  26. 상부 표면에 기능성 소자가 임베디드된 물체의 제조 방법으로서,
    a) 임시 캐리어층, 이형층, 기능성 소자, 접착층 및 선택적으로 내구층을 포함하는 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일을 형성하는 단계;
    b) 상기 임시 캐리어층이 몰드의 내부 표면에 접촉하여, 상기 인-몰드 디스플레이 전사 필름 또는 호일을 상기 몰드 안으로 공급하는 단계;
    c) 상기 물체를 형성하기 위해서 상기 몰드 안으로 플라스틱 물질을 주입하거나, 상기 몰드 안에서 플라스틱 물질로 상기 물체를 열성형, 블로우 성형 또는 압축 성형하는 단계;
    d) 상기 몰드로부터 형성된 상기 물체를 제거하는 단계; 및
    e) 임시 캐리어층 및 이형층 모두를 동시에 제거하는 단계를 포함하는, 물체제조 방법.
  27. 물체의 표면에 기능성 소자가 임베디드된 상기 물체의 제조 방법으로서,
    a) 캐리어층, 기능성 소자 및 접착층을 포함하는 인-몰드 디스플레이 삽입 필름 또는 호일을 형성하는 단계;
    b) 상기 캐리어층이 몰드의 내부 표면과 접촉하면서, 상기 인-몰드 디스플레이 삽입 필름 또는 호일을 상기 몰드 안으로 삽입하는 단계;
    c) 상기 물체를 형성하기 위해 상기 몰드 안으로 플라스틱 물질을 주입하거나 상기 몰드 내에서 플라스틱 물질로 상기 물체를 열성형, 블로우 성형 또는 압축 성형하는 단계; 및
    d) 상기 몰드로부터 상기 형성된 물체를 제거하는 단계를 포함하는, 물체 제 조 방법.
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