KR20120113358A - 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체 및 이를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치 - Google Patents

방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체 및 이를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체 및 이를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방전가공(Electric Discharge Machining ; EDM)방법을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체와, 이를 이용하여 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄방식을 통해 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성함으로써 기재 표면에 형성되는 마이크로/나노 이중구조의 신뢰성을 향상시킴은 물론, 대면적에 걸친 마이크로/나노 이중구조의 형성과 동시에 대량 생산을 가능하게 하는 마이크로/나노 이중구조 형성장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체는, 롤타입 구조체의 표면에는, 와이어를 이용한 방전가공(Electric discharge machining ; EDM)을 통하여 형성된 마이크로 사이즈의 패턴과; 상기 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하는 방전가공 과정에서 발생된 스파크에 의해 상기 마이크로 사이즈의 패턴이 형성된 구조체의 표면에 형성된 나노 사이즈의 표면 거칠기;로 이루어진 마이크로/나노 이중구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체 및 이를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치{A roll type body with micro/nano dual structure formed by electric discharge machining and the apparatus for constructing micro/nano dual structure on the element surface using the same}
본 발명은 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체 및 이를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방전가공(Electric Discharge Machining ; EDM)방법을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체와, 이를 이용하여 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄방식을 통해 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성함으로써 기재 표면에 형성되는 마이크로/나노 이중구조의 신뢰성을 향상시킴은 물론, 대면적에 걸친 마이크로/나노 이중구조의 형성과 동시에 대량 생산을 가능하게 하는 마이크로/나노 이중구조 형성장치에 관한 것이다.
최근 들어, 나노 사이즈의 크기를 제작할 수 있는 MEMS, NEMS 기술이 발전함에 따라 그 동안 구현되지 못했던 자연생명체의 미세한 구조까지 모방할 수 있는 나노생체모사(Nano-Biomimetics)기술이 주목받고 있고 있으며, 그 중에서도 연잎 모사기술에 많은 관심이 집중되고 있다.
연잎 표면은 마이크로 크기의 구조물 위에 왁스성분으로 이루어진 나노 크기의 돌기가 형성되어 있는데, 이러한 구조적, 화학적 특징으로 인해 여러 가지 효과를 구현하게 된다.
이와 같은 구조적, 화학적 특징을 통해 연잎은, 통상 그 표면에 떨어진 물방울이 140° 이상의 접촉각을 갖게 되는 소위 '소수성(hydrophobic)'을 나타나게 되는데, 이로 인해 표면에 떨어진 물방울이 소수성 표면에서 구(救)형상으로 응집되어 표면 위를 구르면서 표면 위에 존재하던 이물질을 제거하는 자가세정(self cleaning)작용을 일으키는 연잎 효과(Lotus Effect)를 구현하게 된다. 이러한 연잎 효과는 기초연구로서의 가치뿐만 아니라, 다양한 산업 분야에 잠재적 활용 가치가 크기 때문에 이를 모방하려는 노력은 계속되고 있다.
종래에는 소수성 표면을 구현하는 방법으로, 구조체 표면의 화학적인 조성을 변화시키는 화학적 접근방법과, 구조체 표면에 마이크로/나노 구조물을 기하학적으로 변화시키는 구조적 접근방법으로 양분화되어 진행되어 왔다.
그 중, 화학적 접근 방법은 화학용액을 이용하여 구조체의 표면을 처리함으로써 표면의 고유에너지를 변화시켜 소수성 표면을 얻는 방법이다. 하지만, 이렇게 얻어진 소수성 표면은 통상 그 접촉각이 120°를 넘는 경우가 거의 없을뿐더러 그 지속성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 비하여, 구조적 접근 방법은 통상 반도체제조에 적용되는 리소그래피(lithography) 공정 등을 이용하여 구조체 표면에 마이크로/나노 구조물을 인위적으로 형성하여 표면의 구조적 특성을 통해 소수성 표면을 얻는 방법으로서, 표면에 형성되는 구조물의 형상을 원하는 대로 조절할 수 있어 그 재현성도 우수하고 화학적 접근 방법을 통해 얻어진 소수성 표면에 비하여 높은 접촉각을 얻을 수 있는 이점이 있다. 그러나 이러한 리소그래피 공정은 공정 과정이 매우 복잡하여 오랜 공정시간을 필요로 하고, 고가의 원료 및 장비가 사용되기 때문에 많은 제조 비용이 요구되며, 다단계의 공정으로 인한 잠재 불량요인의 내재 및 생산성의 저하 등과 같은 다양한 문제점을 발생시키는 동시에, 다량의 화학물질을 사용함으로써 환경을 오염시키는 문제점이 있다. 또한, 상술한 구조적 접근 방법은 주로 평판형 구조체 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는데 적용되는 방법으로서, 곡면을 갖는 등 다양한 형상의 구조체에 적용하기 어려운 문제점도 있다.
한편, 최근에는 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄방식을 이용하여 다양한 기재의 표면에 소수성 표면을 구현하려는 시도가 진행되고 있다.
이와 같은 방법은 주로, 표면에 마이크로/나노 이중구조가 형성된 필름이 부착된 롤러를 이용하여 옵셋 인쇄, UV 인쇄, 그라비아 인쇄 등과 같은 통상적인 인쇄방식을 이용하여 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 방법으로서, 롤러의 회전을 통해 연속해서 공급되는 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성할 수 있어 생산효율의 우수하여 대량 생산이 가능하고, 대면적에 걸친 마이크로/나노 이중구조의 형성이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 상술한 종래의 롤투롤 인쇄방식에 적용되는 롤러를 보여주는 도면으로서, 이와 같은 롤러는 통상 원통형으로 이루어지며 표면에 마이크로/나노 이중구조가 형성되어 있다.
그런데 이와 같이 롤러의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성함에 있어서 종래의 화학적 접근방법을 이용하는 경우, 이미 앞에서 설명한 바와 같이 원하는 접촉각을 얻기 어려울 뿐만 아니라, 그 지속성이 떨어져 장기간 사용하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 이를 보완하기 위하여 구조적 접근방법을 이용하여 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 경우, 이는 통상 평판형 구조체의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는데 적용되고 있어 원통형으로 형성된 롤러의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기에는 현실적으로 어려움이 많으며, 정밀한 제조도 어려울 뿐만 아니라, 제조비용도 높다는 문제점이 있다.
따라서 종래에는 인쇄방식을 통해 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하여 소수성 표면을 구현하기 위하여, 원통형의 구조체(10) 표면에 마이크로/나노 이중구조(30)가 형성된 필름(20)을 부착하여 구성된 롤러를 사용하고 있다.
그러나, 이와 같이 구조체(10) 표면에 마이크로/나노 이중구조(30)가 형성된 필름(20)을 부착하여 사용하는 경우, 구조체(10) 표면에 필름(20)을 부착하는 과정에서 도 1에 표시된 (x)부분과 같은 이음매가 필연적으로 발생하게 되며, 이때 필름(20)의 자체 두께의 영향으로 평판형으로 이루어진 필름(20)을 원통형의 구조체(10) 표면에 부착하게 되면, 필름(20)의 양단을 아무리 정밀하게 연결하더라도 필름(20)의 상부측과 하부측에서 길이의 차이가 발생하게 되고, 이로 인하여 도 1에 표시된 (y)부분과 같이 이음매 부분에서 필름(20)이나 필름(20) 표면에 형성된 이중구조(30)가 벌어지게 되는 결함이 필연적으로 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 결함은 기재 표면에 형성되는 마이크로/나노 이중구조에 구조적으로 영향을 미쳐 기재 표면의 소수성 정도를 저하시키는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 방전가공(Electric Discharge Machining ; EDM)방법을 이용하여 롤타입 구조체의 표면에 직접 마이크로/나노 이중구조를 형성하고 있으며, 이렇게 형성된 롤타입 구조체를 이용하여 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄방식을 통해 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성함으로써 구조체의 표면에 결함이 없는 마이크로/나노 이중구조의 제작을 가능하게 하는 동시에, 기재 표면에 형성되는 마이크로/나노 이중구조의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 마이크로/나노 이중구조 형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체는, 롤타입 구조체의 표면에는, 와이어를 이용한 방전가공(Electric discharge machining ; EDM)을 통하여 형성된 마이크로 사이즈의 패턴과; 상기 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하는 방전가공 과정에서 발생된 스파크에 의해 상기 마이크로 사이즈의 패턴이 형성된 구조체의 표면에 형성된 나노 사이즈의 표면 거칠기;로 이루어진 마이크로/나노 이중구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치는, 기재를 일방향으로 이송시키는 기재 이송수단과; 상기 이송되는 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위한 유체를 토출시키는 유체공급수단과; 상기 유체공급수단 후방에 구비되어 상기 토출된 유체를 상기 이송되는 기재 표면에 균일하게 도포하는 한 쌍의 제1롤러와; 상기 한 쌍의 제1롤러의 후방에 구비되며, 표면에 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체와; 상기 이송되는 기재를 사이에 두고 상기 롤타입 구조체에 대향하는 방향에 구비되어, 상기 롤타입 구조체와의 사이로 이송되는 유체가 도포된 기재를 상기 롤타입 구조체의 표면에 밀착시켜 상기 롤타입 구조체의 표면에 형성된 마이크로/나노 이중구조를 상기 기재에 도포된 유체에 전사시키는 제2롤러와; 상기 제2롤러의 후방에 구비되어 상기 기재에 도포되어 마이크로/나노 이중구조가 전사된 유체를 경화시켜 상기 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 유체경화수단; 및 상기 제2롤러와 상기 롤타입 구조체의 후방에 구비되어, 마이크로/나노 이중구조가 형성된 기재를 이송시키는 제3롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체는, 주로 금속물질을 가공하는데 적용되던 방전가공을 이용하여 구조체 표면에 마이크로/나노 이중구조를 직접 형성하기 때문에 제작이 용이하고, 지속성이 우수하며, 롤러의 표면에 마이크로/나노 이중구조가 형성된 필름을 부착하여 사용하던 종래기술과는 달리 구조체 표면에 결함이 발생할 우려가 없다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치는, 방전가공을 통해 표면에 마이크로/나노 이중구조가 직접 형성된 롤타입 구조체를 이용하기 때문에, 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성함에 있어서 기재 표면에 형성되는 마이크로/나노 이중구조의 재현성을 높여 신뢰성이 우수한 소수성 표면을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 롤투롤 인쇄장치에 적용되는 롤러의 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따라 롤타입 구조체 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위해 적용되는 방전가공장치의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따라 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 구조체의 표면 상태를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진.
도 4는 본 발명에 따라 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위한 장치의 구성을 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따라 롤타입 구조체 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위해 적용되는 방전가공장치의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명에 따라 구조체 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위해 적용되는 방전가공장치는 특별한 구성이 요구되는 것은 아니며, 일반적인 방전가공장치를 이용해서도 충분히 생산할 수 있다.
그 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 수평방향으로 이동하는 테이블(100)과, 테이블(100)에 연결되어 테이블(100)을 수평방향으로 이동시키는 구동수단(110)과, 구동수단(110)에 연결되어 매뉴얼에 따라 구동수단(110)의 동작을 제어하는 제어수단(160)과, 테이블(100) 상부에 구비되어 내부에 가공 대상 구조체(200)가 장착되는 용기(120)와, 전극으로 사용되는 와이어(142)와, 와이어(142)에 일정한 장력을 인가하면서 일방향으로 이송시키는 이송수단(140)과, 방전가공시, 구조체(200)와 와이어(142) 사이에 가공액을 공급하기 위한 가공액 공급수단(130) 및 와이어(142)와 구조체(200)에 전원을 공급하는 전원공급수단(150)을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 방전가공장치는 용기(120) 내에 장착된 구조체(200)와 와이어(142)에 전원을 인가하여, 와이어(142)와 구조체(200) 사이에서 발생하는 방전현상을 이용하여 구조체(200)를 가공하게 되며, 여기에서 적용되는 구조체(200)는 와이어(142)와 방전을 일으킬 수 있는 도전성 물질로 이루어진 구조체이거나, 또는 표면에 도전성 물질이 소정 두께 코팅되어 있는 구조체일 수도 있다. 이때, 방전가공시 제어수단(160)의 제어를 통해 구동수단(110)을 동작시켜 테이블(100)을 미세 구동함에 따라 구조체(200)의 표면에 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하게 되는데, 이와 같은 방법을 통해 방전가공이 이루어지기 때문에 평판형은 물론, 곡면 등을 갖는 다양한 형태의 구조체(200)의 가공이 가능하게 된다.
이와 같이 방전가공하는 과정에서 와이어(142)는 구조체(200)와 서로 접촉하지 않은 상태로 구조체(200)를 가공하기 때문에, 와이어(142)와 구조체(200) 사이에서 발생하는 스파크에 의해 구조체(200) 표면에 나노 사이즈의 표면 거칠기가 형성되고, 이로 인하여 구조체(200) 표면에는 자연스럽게 마이크로/나노 이중구조가 형성되게 된다. 이때, 구조체(200) 표면에 형성하고자 하는 마이크로 사이즈의 패턴 크기에 따라 적절한 크기의 직경을 갖는 와이어(142)를 적용하여 사용할 수 있다.
또한, 구조체(200) 표면에 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하는 과정에서 1차 가공(황삭), 2차 가공(중삭), 3차 가공(1차 정삭), 4차 가공(2차 정삭) 등으로 이루어지는 반복적인 방전가공을 수행함으로써 마이크로 패턴이 형성된 구조체(200)의 표면 거칠기를 다양하게 변화시킬 수 있으며, 이와 같은 경우 통상 후속 가공으로 갈수록 낮은 에너지를 이용하게 된다. 이와 같은 방법으로 방전가공을 반복해서 수행하게 되면, 사용되는 에너지의 크기가 작아짐에 따라 와이어(142)와 구조체(200) 사이에 발생되는 스파크 에너지도 작아지게 되어, 결과적으로 구조체(200)의 표면에 형성되는 표면 거칠기의 정도, 즉 마이크로 패턴 상에 형성되는 나노구조의 크기도 상대적으로 작아지게 된다.
이와 같이, 구조체(200)의 표면에 형성되는 마이크로/나노 이중구조는 방전가공의 공정 제어를 통해 구조체(200)의 표면에 원하는 형상의 마이크로 패턴을 형성함과 동시에, 방전가공에 적용되는 에너지의 크기를 조절함으로써 마이크로 패턴 상에 형성되는 나노구조의 크기를 조절할 수 있어, 필요에 따라 다양한 형태와 크기를 갖는 마이크로/나노 이중구조의 형성이 가능하게 된다.
도 3은 본 발명에 따라 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 구조체의 표면 상태를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 3을 참조하면, 구조체의 표면에는 상술한 바와 같은 방전가공을 통해 형성된 물결 형상의 마이크로 패턴이 일정한 간격으로 형성되어 있고, 마이크로 패턴이 형성되어 있는 구조체 표면에는 아주 미세한 나노 사이즈의 표면 거칠기가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 표면 거칠기는 종래기술에서 화학물질을 코팅하거나 별도의 구조체를 통해 인위적으로 형성된 것이 아니라, 방전가공을 이용하여 구조체 표면에 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하는 과정에서 구조체와 와이어 사이에 발생되는 스파크에 의해 자연스럽게 형성되는 것이다.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이 방전가공을 이용하여 구조체의 표면에 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하는 과정에서 구조체 표면에 표면 거칠기가 자연스럽게 형성되는 점을 이용함으로써, 평판형은 물론, 곡면 등을 갖는 다양한 형상의 구조체에 마이크로/나노 이중구조를 형성함으로써 간단한 공정제어와 적은 비용으로 소수성의 표면을 효율적으로 구현할 수 있다.
이와 같은 방법을 이용하여 본 발명에서는 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 형성하였다.
도 4는 본 발명에 따라 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 보여주는 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 롤타입 구조체(200)의 표면에는 방전가공을 통해 형성된 마이크로 사이즈의 패턴(210)과, 마이크로 사이즈의 패턴(210)을 형성하는 방전가공 과정에서 마이크로 사이즈의 패턴(210)이 형성된 구조체(200)의 표면에 형성된 나노 사이즈의 표면 거칠기(220)로 이루어지는 마이크로/나노 이중구조가 형성되어 있으며, 이와 같은 마이크로/나노 이중구조는 롤타입 구조체(200)의 표면에 직접 형성되기 때문에, 원통형의 구조체 표면에 마이크로/나노 이중구조가 형성된 필름이 부착된 롤러를 사용하던 종래기술에 비하여 마이크로/나노 이중구조의 제작이 용이하고, 필름을 연결할 때 연결부위에서 발생하던 결함, 즉 마이크로/나노 이중구조의 구조적 결함이 발생할 우려가 없다.
또한, 본 발명에 따른 롤타입 구조체(200)는 알루미늄, 스테인레스 등과 같은 도전성 물질로 이루어지기 때문에, 마이크로/나노 이중구조의 지속성이 우수하여 장기간 사용하는 경우에도 쉽게 마모되거나 손상되지 않는다는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 제작된, 본 발명에 따라 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체는, 그 표면에 형성된 마이크로/나노 이중구조의 형상을 인쇄 대상이 되는 기재의 표면에 도포되는 물질이나, 또는 대상 기재의 표면에 그대로 전사함으로써 PET(polyethyleneterephthalate) 필름, 유리기판 등의 기재에 소수성 표면을 구현하기 위한 다양한 인쇄방식에 적용될 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 인쇄장치에 적용하여 기재에 소수성 표면을 형성하는 실시예에 대해서 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 전술한 바와 같이 방전가공을 통해 마이크로/나노 이중구조가 형성된 롤타입 구조체를 UV 인쇄방식의 롤투롤 인쇄장치에 적용하였다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위한 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위한 장치는, 기재(400)를 일방향으로 이송시키는 기재 이송수단(미도시)과; 이송되는 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위한 광경화성 수지 등의 유체(302)를 토출시키는 유체공급수단(300)과; 유체공급수단(300) 후방에 구비되어 상기 토출된 유체(302)를 이송되는 기재(400) 표면에 균일하게 도포하는 한 쌍의 제1롤러(310)와; 제1롤러(310)의 후방에 구비되며, 표면에 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체(200)와; 진행되는 기재(400)를 사이에 두고 롤타입 구조체(200)에 대향하는 방향에 구비되어, 롤타입 구조체(200)와의 사이로 이송되는 유체(302)가 도포된 기재(400)를 롤타입 구조체(200)의 표면에 밀착시킴으로써 롤타입 구조체(200) 표면에 형성된 마이크로/나노 이중구조를 기재(400)에 도포된 유체(302)에 전사시키는 제2롤러(320)와; 제2롤러(320)의 후방에 구비되어 기재(400)에 자외선을 조사시켜 마이크로/나노 이중구조가 전사된 유체(302)를 경화시켜 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 자외선 램프(330); 및 제2롤러(320)와 롤타입 구조체(200)의 후방에 구비되어, 마이크로/나노 이중구조가 형성된 기재(400)를 이송시키는 제3롤러(340);를 포함하여 구성된다.
도 5에 도시된 장치는 UV 인쇄방식을 이용한 롤투롤 인쇄장치로서, 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체(200)가 적용되었다. 이와 같이 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체(200)를 인쇄장치에 적용하여 기재(400) 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하면, 이미 앞에서 설명한 바와 같이 마이크로/나노 이중구조가 롤타입 구조체(200)의 표면에 직접 형성되기 때문에, 종래기술에서와 같이 롤러 표면에 형성된 마이크로/나노 이중구조의 구조적 결함이 기재 표면에 그대로 반영되는 등의 문제점이 없어, 기재에 신뢰성이 우수한 소수성 표면을 구현할 수 있게 된다.
이러한 구성을 통해 이루어진 인쇄장치를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
기재 이송수단을 통해 이송되는 기재(400)의 표면에 유체공급수단(300)을 통해 유체 상태의 광경화성 수지를 토출시키고, 유체공급수단(300) 후방에 구비된 제1롤러(310)를 통해 기재(400) 표면에 토출된 유체(302)를 가압하여 기재(400) 표면에 균일하게 도포시킨다. 본 실시예에서는, 기재(400)로서 연성을 갖는 PET 필름을 사용하였고, 기재(400) 표면에 도포되는 유체(302)는 자외선에 의해 경화되는 성질을 갖는 광경화성 수지인 PFPE(PerFluoroPolyEther)를 사용하였다.
유체(302)가 도포된 기재(400)는 기재 이송수단을 통해 롤타입 구조체(200)와 제2롤러(320) 사이로 이송되고, 롤타입 구조체(200) 및 제2롤러(320) 사이에서 가압되어, 기재(400) 표면에 도포된 유체(302)에 롤타입 구조체(200)의 표면에 형성되어 있는 마이크로/나노 이중구조가 그대로 전사된다.
이렇게 마이크로/나노 이중구조가 유체(302)에 전사되면, 제2롤러(320)의 후방에 구비된 자외선 램프(330)를 통해 자외선이 기재(400)에 조사되고, 자외선이 조사된 유체(302)는 그대로 경화되어 기재(400) 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하게 되고, 마이크로/나노 이중구조가 형성된 기재(400)는 제3롤러(340)에 의해 이송된다.
상술한 도 5에 도시된 실시예에서는 자외선 램프(330)를 이용하여 자외선에 의해 경화되는 광경화성 수지를 도포하여 경화시키는 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 유체와 이를 효과적으로 경화시킬 수 있는 다양한 종류의 유체경화수단이 적용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 구조체 20 : 필름
30 : 이중구조 100 : 테이블
110 : 구동수단 120 : 용기
130 : 가공액 공급수단 140 : 이송수단
150 : 전원공급수단 160 : 제어수단
200 : 롤타입 구조체 210 : 마이크로 사이즈의 패턴
220 : 나노 사이즈의 표면 거칠기 300 : 유체공급수단
302 : 유체 310 : 제1롤러
320 : 제2롤러 330 : 자외선 램프
340 : 제3롤러 400 : 기재

Claims (5)

  1. 롤타입 구조체에 있어서,
    상기 롤타입 구조체의 표면에는,
    와이어를 이용한 방전가공(Electric discharge machining ; EDM)을 통하여 형성된 마이크로 사이즈의 패턴과;
    상기 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하는 방전가공 과정에서 발생된 스파크에 의해 상기 마이크로 사이즈의 패턴이 형성된 구조체의 표면에 형성된 나노 사이즈의 표면 거칠기;
    로 이루어진 마이크로/나노 이중구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤타입 구조체는,
    도전성 물질로 이루어진 구조체이거나, 또는 표면에 소정 두께의 도전성 물질이 코팅되어 있는 구조체인 것을 특징으로 하는 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체.
  3. 기재를 일방향으로 이송시키는 기재 이송수단과;
    상기 이송되는 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하기 위한 유체를 토출시키는 유체공급수단과;
    상기 유체공급수단 후방에 구비되어 상기 토출된 유체를 상기 이송되는 기재 표면에 균일하게 도포하는 한 쌍의 제1롤러와;
    상기 한 쌍의 제1롤러의 후방에 구비되며, 표면에 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체와;
    상기 이송되는 기재를 사이에 두고 상기 롤타입 구조체에 대향하는 방향에 구비되어, 상기 롤타입 구조체와의 사이로 이송되는 유체가 도포된 기재를 상기 롤타입 구조체의 표면에 밀착시켜 상기 롤타입 구조체의 표면에 형성된 마이크로/나노 이중구조를 상기 기재에 도포된 유체에 전사시키는 제2롤러와;
    상기 제2롤러의 후방에 구비되어 상기 기재에 도포되어 마이크로/나노 이중구조가 전사된 유체를 경화시켜 상기 기재의 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 유체경화수단; 및
    상기 제2롤러와 상기 롤타입 구조체의 후방에 구비되어, 마이크로/나노 이중구조가 형성된 기재를 이송시키는 제3롤러;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유체는 자외선에 의해 경화되는 광경화성 수지이며,
    상기 유체경화수단은 자외선을 방출하는 자외선 램프인 것을 특징으로 하는 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광경화성 수지는,
    PFPE(PerFluoroPolyEther)인 것을 특징으로 하는 방전가공을 이용하여 형성된 마이크로/나노 이중구조를 갖는 롤타입 구조체를 이용하여 기재 표면에 마이크로/나노 이중구조를 형성하는 장치.
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