KR20140078753A - 가요성 기판 상에 미세한 도전성 라인을 형성하기 위해 반투명 원통형 마스터를 사용하는 포토-패터닝 - Google Patents

가요성 기판 상에 미세한 도전성 라인을 형성하기 위해 반투명 원통형 마스터를 사용하는 포토-패터닝 Download PDF

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로버트 제이. 페트카비치
에드 에스. 라마크리슈난
오스트랜드 다니엘 케이. 밴
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유니-픽셀 디스플레이스, 인코포레이티드
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Abstract

본 방법은 사전 결정된 패턴을 가지도록 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계, 패턴화되지 않은 가요성 기판을 촉매 코팅 층으로 코팅하는 단계, 및 마스터 엠보싱 롤러를 이용하여 코팅된 기판에 대응하는 패턴을 형성하고, 이것에 의해 패턴화된 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 패턴화된 기판을 무전해 도금하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

가요성 기판 상에 미세한 도전성 라인을 형성하기 위해 반투명 원통형 마스터를 사용하는 포토-패터닝{PHOTO-PATTERNING USING A TRANSLUCENT CYLINDRICAL MASTER TO FORM MICROSCOPIC CONDUCTIVE LINES ON A FLEXIBLE SUBSTRATE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 "폴리머 또는 금속 가요성 기판 상에 높은 선명도의 미세한 도전성 라인의 형성을 가능하게 하는 반투명 원통 마스터를 사용하는 롤-투-롤 포토-패터닝 방법의 사용"이라는 명칭으로 2011년 10월 19일에 출원된 미국 가특허출원 번호 61/548,909에 대해 우선권을 주장하고, 이 출원은 참조로 본 명세서에 포함된다.
가트너(Gartner)는(스마트폰 및 중범위 전화기 내의) 터치 스크린이 2010년에 세계적으로 3억 6,300만 유닛에 근접하는 거의 97%로 성장할 것을 예측한다. 2013년까지 터치 스크린은 세계적으로 판매되는 전체 모바일 디바이스의 58%를 점하고, 북미 및 서유럽 시장에서 80%를 초과할 것으로 예상된다. 다른 시장 분석가들은 2015년까지 50억대의 스마트폰이 사용될 것을 예상한다. 또한, 새로운 태블릿 컴퓨터(예를 들면, 애플 아이패드 및 삼성 갤럭시 탭)는 소비자로부터 급속하게 받아들여지고 있다. 애플은 2011년에 3000만 내지 4000만대의 아이패드를 판매할 것이 예상되고, 삼성 갤럭시 탭은 2010년 11월의 발매 이래 100만대 이상을 판매하였다.
저항식 및 정전용량식 터치 스크린 기술은 투명하고 또한 동작을 위한 도전성을 갖는 재료를 필요로 한다. 인듐 주석 산화물(ITO)은 광학적으로 투명하고 우수한 전도체이므로 현재 터치 스크린 센서용으로 가장 널리 사용되는 금속 산화물이다. 일반적으로 ITO는 액정 디스플레이, 평면 디스플레이, 터치 패널, 쏠라 패널 및 항공기 윈드실드를 위한 투명한 도전성 코팅을 위해 채용된다. 저항식 터치 스크린에서, 사용자가 손가락이나 스타일러스로 스크린을 터치하면, ITO 필름은 가압되어 ITO 유리와 접촉함으로써 프로세서가 터치 이벤트의 좌표(X 및 Y)를 계산할 수 있게 하고, 그리고 터치 점에 대한 적절한 응답을 처리할 수 있게 한다.
ITO는 성숙된 그리고 널리 사용되는 기술이지만 이상적인 것은 아니다. ITO의 주요 문제는 공급이 한정된다는 것과 인듐 가격이 상승하고 있다는 점이다. 공급의 문제는 인듐이 희토류 금속이고 중국 정부에 의해 거의 독점적으로 통제되고 있다는 사실에 의해 더욱 심각해진다. ITO와 관련되는 다른 결점은 증착 제조 공정과 관련되는 것으로서, 이 공정은 고가이고 번거롭다. 이 재료 자체는 취약하고, 가요성이 부족하고, 또 구리에 비해 인듐은 비교적 빈약한 전도체이다. 그 결과, 10년 이상에 걸쳐 연구자들은 더 우수하고 더 비용효율적인 대안을 모색하기 위해 수백만 달러를 썼다. 투명한 전도체를 찾아내기 위한 이들 연구 노력의 일부는 탄소 나노-튜브 도전성 코팅, 금속 박막, 도전성 폴리머(ICP), 및 알루미늄 아연 산화물(AZO)과 같은 재료의 사용을 포함한다. 지금까지, 이들 재료의 전부는 ITO에 비해 상당한 결점을 보여주었으므로, 현재 상업적으로 실시할 수 있는 선택지는 아니다.
ITO 원소의 한계성 외에도, 터치 센서 내의 전극 패턴은 특정 치수 또는 분해능으로만 인쇄될 수 있고, 특히 25 마이크론을 초과하는 전극 패턴 구조만이 현재의 인쇄 기술에 의해 지지된다.
일부의 실시형태에서, UV 파장에 대해 투명한 중공 원통체의 외면 상에, 얇은 재료의 층이 코팅되고, (레이저 또는 다른 포토-리소그래피 방법에 의해) 패턴화된다. 패턴화 층은 원통체의 내부에 수용된 UV 광원에 대해 불투과성이다. 원통체 롤러가 (롤-롤 필름이 통과되는 중에) 롤-롤 필름과 접촉한 상태로 배치되었을 때, 필름 상의 UV 감수성 코팅 층은 원통체 내부로부터의 UV 광원에 의한 패턴에 노출된다. 필름의 노출된 영역 내의 무전해 촉매는 메탈라이제이션(metallization) 공정 중에 무전해 금속을 끌어당기는 필름의 표면의 유일한 부분이다.
하나의 실시형태에서, 방법은 사전 결정된 패턴을 가지도록 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계, 패턴화되지 않은 가요성 기판을 촉매 코팅 층으로 코팅하는 단계, 및 마스터 엠보싱 롤러를 이용하여 코팅된 기판에 대응하는 패턴을 형성하고, 이것에 의해 패턴화된 기판을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 패턴화된 기판을 무전해 도금하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 방법은 자외선-불투과성 코팅으로 원통형 구조물을 코팅하는 단계, 그루브 및 융기된 라인의 사전 결정된 패턴을 갖는 마스터 엠보싱 롤러를 형성하기 위해 코팅에 복수의 그루브를 레이저 에칭하는 단계, 및 패턴화되지 않은 가요성 기판을 촉매 코팅 층으로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 코팅된 기판에 마스터 엠보싱 롤러의 상기 그루브 및 라인에 대응하는 패턴을 형성하기 위해 촉매 코팅층에 접촉하여 상기 마스터 엠보싱 롤러를 회전시키는 단계 및 패턴화된 기판을 무전해 도금하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시형태의 상세한 설명을 위해 첨부한 도면이 참조된다.
도 1은 주위에 블랙 레지스트 코팅을 갖는 반투명 석영 원통체의 구조물을 도시하고;
도 2는 횡단 방향으로 레이저 디바이스에 의해 수행되는 반투명 석영 원통체 구조물 상의 얇은 미세구조 패턴을 조각(engraving)하는 것을 도시하고;
도 3은 기계 방향으로 레이저 디바이스에 의해 수행되는 반투명 석영 원통체 구조물 상의 얇은 미세구조 패턴을 조각하는 것을 도시하고;
도 4는 횡단 방향으로 조각된 미세구조 패턴을 갖는 마스터 엠보싱 롤러의 평면도이고;
도 5는 슬롯-다이 코팅 모듈 및 건조 모듈을 포함하는 롤-롤 코팅 도포 시스템을 도시하고;
도 6은 상면에 촉매 코팅 층을 갖는 가요성 필름 상에 얇은 패턴 라인을 조각하고, 결과적으로 임의의 형상일 수 있는 도전성 전극의 얇은 라인을 인쇄하거나 도금하는 미세구조 엠보싱 시스템을 도시하고;
도 7은 상면에 최종적인 미세한 도금 전극 패턴을 갖는 가요성 필름 기판의 측면도이다.
표기법 및 용어
이하의 설명 및 청구항을 통해 특정의 시스템 컴포넌트를 지칭하기 위해 특정의 용어가 사용된다. 본 기술분야의 당업자가 인정하는 바와 같이, 회사들은 컴포넌트를 다른 명칭으로 지칭할 수 있다. 본 명세서는 명칭은 다르지만 기능은 다르지 않는 컴포넌트 사이에 구별을 두지 않는다. 이하의 설명 및 청구항에서, 용어 "포함하다(including, comprising)"는 비제한적인 형식으로 사용되므로 "포함하지만 제한되지는 않는다"는 의미로 해석되어야 한다. 또한, 용어 "결합하다(couple)"는 간접적인 또는 직접적인 전자적 연결을 의미한다. 따라서, 제 1 디바이스가 제 2 디바이스에 결합되는 경우, 그 연결은 직접적 전자 연결부를 통해 또는 다른 디바이스 및 연결부를 경유하는 간접적 전자 연결부를 통해 존재할 수 있다.
용어 "약(about 또는 approximately)"은 + 또는 - 10%를 의미한다.
상세한 설명
이하의 설명은 본 발명의 다양한 실시형태에 관한 것이다. 이들 실시형태 중 하나 이상이 추천될 수 있으나, 개시된 이 실시형태를 청구항을 포함하는 본 개시의 범위를 제한하는 것으로서 해석하거나 사용해서는 안 된다. 또한, 본 기술분야의 당업자는 이하의 설명이 광범위한 용도를 가진다는 것 및 임의의 실시형태의 설명이 그 실시형태의 예시에 불과하고, 청구항을 포함하는 본 개시의 범위가 그 실시형태에 한정된다는 것을 암시하지 않음을 이해할 것이다.
엠보싱 롤러가 형성되는 예시적 기법을 설명한다. 예를 들면, 레이저 에칭 기법을 사용하여 그 외면 상에 패턴을 포함하는 엠보싱 롤러가 형성된다. 다음에 이 엠보싱 롤러는 가요성 기판 상에 특수 패턴(예를 들면, 롤러 자체 상에 형성되는 패턴의 반전상)을 형성하기 위해 사용된다. 일반적으로, 기판은 촉매 재료로 코팅된다. 다음에 촉매 재료 내에 특수 패턴을 압인(imprint)하기 위해 이전에 형성된 엠보싱 롤러가 사용된다. 압인된 촉매 재료는 도전성 재료로 도금(바람직하게는 무전해 도금)되고, 다음에 세정된다.
마스터 엠보싱 롤러 형성
이하, 엠보싱 롤러가 형성되는 방법을 설명한다. 도 1은 중공 원통체 구조물(100)의 단부도를 도시한다. 일부의 실시형태에서, 원통체 구조물은 자외선(UV)에 대해 반투명한 재료로 형성된다. 이러한 재료의 적절한 예는 석영이지만 다른 재료도 사용될 수 있다. 원통체 구조물(100)은 또한 블랙 레지스트 코팅(104)으로 코팅된다. 블랙 레지스트 코팅은 포토레지스트가 아니지만 일단 패턴화되면 UV 광에 대해 불투과성인 재료인 것이 바람직하다. 블랙 레지스트 코팅(104)은 원통체 구조물(100) 상에서 마이크론의 두께에 이르기까지 열-에너지 층의 작용을 한다. 적절한 블랙 레지스트 재료의 실시예는 불투명화를 위해 유기 또는 무기 색소가 첨가된 양 또는 음의 레지스트를 포함한다. 레지스트는 딥 코팅 기술, 분사 코팅 기술 또는 링 코팅 기술에 의해 도포될 수 있다. 블랙 레지스트 층(104)을 구비하는 원통체 구조물(100)은 약 3 내지 24 인치 범위의 직경(d)을 가질 수 있다. 블랙 레지스트 코팅(104)의 적절한 두께는 일부의 실시형태에서 0.5 내지 25 마이크론의 범위이다.
도 2는 블랙 레지스트 코팅(104) 내로 패턴이 에칭되는 방법의 실시예(200)를 도시한다. 도 2의 실시예에서, 레이저(202)는 횡단 방향으로(즉, 원통체의 길이 방향을 따라) 얇은 융기된 패턴화 라인(204)을 얻기 위해 레지스트 코팅을 조각한다. 레이저(202)는 임의의 적절한 파장의 광을 방출하고, 일부의 실시형태에서는 녹색 레이저 빔을 방출한다. 도 2에서, 레이저 빔은 약 2 마이크론의 분해능까지 감소된 얇은 패턴화 라인(204)을 횡단 방향으로 조각한다. 일부의 실시형태에서, 원통체 구조물(100)은 (예를 들면, 1 내지 500 rpm으로) 회전되고, 임의의 형상 또는 배향의 라인 및 패턴이 형성될 수 있도록 레이저는 원통체의 회전에 동기화되어 턴온 및 턴오프된다. 다른 실시형태에서, 레이저(202)는 움직이지 않는 원통체 상에 노출 영역(206)(예를 들면, 그루브)을 에칭할 수 있고, 다음에 원통체는 대략 패턴화 라인의 폭 만큼 레이저에 대해 회전된다. 레이저는 다시 원통체의 길이의 일부 또는 전부에 다른 노출 영역(206)을 에칭할 수 있고, 이 공정은 모든 원하는 노출 영역이 원통체의 주변의 주위에서 에칭될 때까지 반복된다. 따라서, 블랙 레지스트 코팅(104)은 레이저 빔이 접촉하는 위치에서 노출 및 에칭되고, 이것에 의해 블랙 레지스트 코팅(104) 상에 노출 영역(206)을 형성한다. 얻어지는 패턴은 임의의 형상을 가질 수 있다. 10 마이크론 미만의 고분해능의 패턴화 라인을 위해, 녹색 레이저 빔(202)이 사용되는 것이 바람직하다. 횡단 방향으로의 레이저(202)의 적용을 위해 사용되는 전력은 약 280 nm 내지 약 980 nm의 파장 내에서 1 mW 내지 약 1000 mW의 범위일 수 있다. 일반적으로, 전술한 바와 같이 임의의 적절한 파장의 레이저가 사용될 수 있다.
도 3은 "기계 방향"으로(예를 들면, 원통체가 회전되는 방향, 본 경우에 시계방향으로) 레이저의 적용(300)을 도시한다. 레이저(202)로부터의 광의 빔은 약 2 마이크론의 분해능에 이르기까지 기계 방향(또는 드럼의 시계방향의 회전과 동일한 방향)으로 원주방향으로 얇은 패턴화 라인(204)을 조각한다. 다른 실시형태에서, 얇은 패턴화 라인(204)은 횡단 축선(도 2) 또는 원형의 단면(도 3)에 대해 0 내지 90도의 각도를 가질 수 있고, 무와이(moire) 광학 효과를 방지하기 위한 목표 제어는 라인의 빈도 및 크기에 따라 17 내지 22도이다. 기계 방향으로의 레이저(202)의 적용을 위해 사용되는 전력은 약 280 nm 내지 약 980 nm의 파장, 바람직하게는 400 nm 내지 500 nm 파장(녹색) 내에서 1 mW 내지 약 1000 mW의 범위일 수 있다. 원통체는 본 실시형태에서 1 내지 10,000의 속도로 회전될 수 있다.
도 4는 횡단 방향으로 레이저 적용(200) 후의 마스터 엠보싱 롤러(400)의 단부도를 도시한다. 도 4에서, 블랙 레지스트 코팅(104)의 노출 영역(206)은 마스터 엠보싱 롤러(400)의 표면 상에 얇은 패턴화 라인(204)을 형성한다. 얇은 패턴화 라인(204)들 사이의 노출 영역(206)의 거리(d)는 용도에 따라 약 1 내지 50 마이크론(또는 그 이상)의 범위일 수 있다. 얇은 패턴화 라인(204)의 높이(h) 및 폭(w)은 (용도 또는 패턴에 따라) 각각 약 0.5 마이크론 내지 25 마이크론 및 2 내지 10 마이크론의 범위일 수 있다.
일부의 실시형태에서, 엠보싱 롤러는 에칭 공정 중에 원통체 구조물(100)을 마모로부터 보호하기 위해 블랙 레지스트 코팅(104)의 직하에 알루미늄 코팅 층으로 코팅될 수 있다. 일단 블랙 레지스트 코팅(104)이 패턴화되면, 노출 영역(206) 내의 알루미늄 코팅 층을 선택적으로 제거하기 위해 포토에칭 방법이 사용될 수 있다. 다음에, 잔류하는 블랙 레지스트(104)가 제거될 수 있고, 이것에 의해 레이저 에칭된 후 블랙 레지스트 코팅(104)의 패턴에 대응하는 패턴으로 형성된 알루미늄 패턴화 라인을 갖는 원통체가 얻어진다.
마스터 엠보싱 롤러(400)의 중심에는 이후의 공정에서 촉매 화학적 활성화를 위해 반투명 석영 재료(102)를 통해 UV 복사선(404)을 방출하기 위해 UV 광원(402)이 배치될 수 있다. 마스터 엠보싱 롤러(400)가 사용될 수 있기 전에, 먼저 패턴화되지 않은 기판이 촉매로 코팅된다. 이하 코팅 공정을 설명한다.
코팅 공정
도 5는 패턴화되지 않은 가요성 기판(504) 상에 촉매 코팅 재료(502)를 도포하는 코팅 도포 시스템(500)을 도시한다. 이 시스템(500)은 슬롯-다이 코팅 모듈(506) 및 건조 모듈(508)(바람직하게는 열-건조 모듈)을 포함한다. 도 5에 도시된 공정은 슬롯-다이 코팅 모듈(506)이 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)의 권출(unwound)된 롤(510)을 받아들일 때 개시된다. 일반적으로, 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)용으로 사용될 수 있는 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 다른 폴리머 필름, 금속, 종이, 유리, 등을 포함한다. 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)용으로 적절한 재료의 구체적인 실시예는 DuPont/Teijin Melinex 454 및 Dupont/Teijin Melinex ST 505를 포함할 수 있고, 후자는 열처리가 포함되는 공정을 위해 특수 설계된 열안정 필름이다. 높은 선명도의 용도를 위해, 패턴화되지 않은 가요성 기판(504) 필름의 표면은 미시적으로 매끈하고, 두께는 12 내지 250 마이크론의 범위이다.
도 5에서, 슬롯-다이 코팅 모듈(506)은 롤링하거나 이동하는 패턴화되지 않은 가요성 기판(504) 상에 압력 또는 중력에 의해 촉매 코팅 재료(502)를 압출함으로써 패턴화되지 않은 가요성 기판(504) 상에, 예를 들면, 14 나노미터 내지 10 마이크론의 범위의 두께를 갖는 정밀한 공형의(conformal) 촉매 코팅층(502)을 형성한다. 촉매 코팅층(502)용으로 사용될 수 있는 재료는 아크릴, 우레탄 및 폴리머의 조합을 포함할 수 있다. 특히, 촉매 코팅(502)은 특히 Satomer, Radcuer 및 Double Bond와 같은 상업적 제공자로부터 얻을 수 있는 약 80 중량% 내지 90 중량%의 농도의 아크릴 요소; Ciba Gelby가 공급하는 약 5 중량% 내지 10 중량%의 농도의 광개시제(photo-initiator) 요소; 및 약 0.1 중량% 내지 15 중량% 범위의 농도이고, 약 6 중량% 내지 8 중량%가 바람직한 동작 범위인 팔라듐 아세테이트 요소로 이루어질 수 있다.
코팅 공정은 10 fpm(피트/분) 내지 최대 1000 fpm의 속도로 실행될 수 있고, 일부의 실시형태에서 목표 제어는 300 내지 400 fpm으로서, 이것에 의해 점도 및 이에 따라 촉매 코팅층(502)의 두께를 더 정밀하게 제어할 수 있다.
다른 실시형태에서, 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)의 권출(unwound)된 롤(510)은 코팅을 위해 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)의 다른 형태의 공급으로 교체될 수 있다. 예를 들면, 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)은 평평한 시트(sheet)로서 공급될 수 있고, 이 경우 시트 공급기 메커니즘이 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)은 (예를 들면, 절첩되고 타공된 컴퓨터 종이의 스택과 같은) 팬폴드(fanfold) 형태로 공급될 수 있고, 여기서 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)은 지그재그 패턴을 형성하도록 주기적으로 절첩되는 실질적으로 평평한 시트로서 제공된다. 다른 실시형태에서, 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)은 촉매 코팅층(502)의 도포 전에 세정될 수 있다. 더욱이, 다른 구현형태에서, 촉매 코팅층(502)은 패턴화되지 않은 가요성 기판(504) 상에 분사되거나, 롤링되거나, 브러싱(brushing)되거나, 또는 침착될 수 있다.
도 5에서, 코팅 공정 후, 상면에 촉매 코팅층(502)을 갖는 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)은 약 300 초의 기간 동안 약 50℃ 내지 약 180℃의 바람직한 온도 범위 내에서 열 복사가 가해지는 건조 모듈(508)을 통과하는 것이 바람직하지만, 다른 실시형태에서 온도 및 시간은 다를 수 있다. 일부의 구현형태에서, 열-건조 모듈(508)은 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)에 도포된 촉매 코팅층(502)을 건조 또는 부분 건조시키고, 가열하고, 경화시키고, 또는 처리한다. 건조 모듈은 경화 공정을 촉진하기 위한 UV 복사원(radiation source)을 포함할 수 있다. 더욱이, 다른 실시형태에서, 촉매 코팅층(502)을 적어도 부분적으로 건조 또는 경화시킴으로써, 이것은 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)에 접착될 수 있다.
미세 구조 엠보싱
도 6은 촉매 코팅층(502) 내에 원하는 패턴을 형성하기 위한 마스터 엠보싱 롤러(400)의 사용을 도시한다. 도 6은 미세구조 엠보싱 시스템(600)의 일 실시예를 도시한다. 이 시스템(600)의 다양한 컴포넌트는 마스터 엠보싱 롤러(400), 도금 탱크(602), 세정 탱크(604), 및 건조 모듈(606)을 포함한다. 엠보싱 공정은 전술한 바와 같이 상면에 촉매 코팅층(502)을 갖는 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)의 권출된 롤(608)을 마스터 엠보싱 롤러(400)가 받아들였을 때 개시된다. 마스터 엠보싱 롤러(400)가 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)의 상면의 촉매 코팅층(502) 상에서 롤링될 때, 미세구조 패턴(610)은 가압되어 촉매 코팅층(502)과 접촉하거나 근접 접촉한다. 동시에, 엠보싱 공정 중에, 마스터 엠보싱 롤러(400)의 중심의 UV 광원(402)은 원통체의 투명한 석영(102) 재료를 통해 UV 복사(404)를 방출하고, 촉매 코팅층(502) 상의 이 UV 복사(404)에 조사된 영역을 활성화시킨다. 이와 같이, 엠보싱 공정은 촉매 코팅층(502) 상에 미세구조 패턴(610)을 조각함과 동시에 촉매 코팅층(502) 상의 특정 영역을 활성화시킴으로써 (이하에서 설명되는) 도금될 준비가 된 패턴화된 촉매 전기-도금 전구체 구조물(612)을 형성한다. 엠보싱 공정의 속도는 약 50 fpm 내지 300 fpm이고, 50 내지 100 fpm의 범위의 속도가 바람직하다. 촉매 코팅(502) 영역의 적절한 활성화를 위해, 엠보싱 공정의 속도는 UV 복사(404)의 입사량과 일치되는 것이 바람직하고, 목표 강도는 약 0.5 mW/cm2 내지 약 50 mW/cm2의 범위이고, 파장은 약 280 nm 내지 약 980 nm이다. 엠보싱 공정은 50 FPM 내지 1000 FPM의 속도를 가지는 것이 바람직하고, 일부의 실시형태에서는 200 내지 300 FPM이다.
무전해 도금
본 공정은 도 6에 도시된 바와 같이 패턴화된 촉매 전기-도금 전구체 구조물(612)이 약 20 내지 90℃의 온도 범위(예를 들면, 80℃)의 액체 상태의 구리(또는 다른 적절한 금속)를 수용하는 도금 탱크(602) 내로 침지됨으로써 계속된다. 이러한 무전해 도금 공정은 전류의 인가를 필요로 하지 않고, 단지 엠보싱 공정 중에 UV 복사(404)의 조사에 의해 사전에 활성화된 촉매 전기-도금 전구체 구조물(612)을 도금하고, 이것에 의해 도금된 전극 패턴 구조물(614)을 형성한다. 다른 실시형태에서, 도금용 금속으로서 니켈이 사용된다. 구리 도금욕은 도금을 유발하는 붕화수소 또는 차아인산염과 같은 환원제를 포함할 수 있다. 침착 속도(deposition rate)는 웨브의 속도에 따라, 그리고 용도에 따라 약 0.001 마이크론 내지 약 100 마이크론의 두께에서 통상 10 nm/분이다. 도금 두께는 전기장이 존재하지 않으므로 전기 도금에 비해 균일한 경향이 있다. 대체로 무전해 도금은 전해 도금보다 더 많은 시간이 소요되지만 무전해 도금은 복잡한 기하학적 구조 및/또는 많은 미세한 구조를 가지는 부품의 경우에 적합하다.
도 6에서 도금 공정 후, 도금된 전극 패턴 구조물(614)은 실온의 물을 수용하는 세정 탱크(604) 내에 침지됨으로써 세정되고, 건조 모듈(508)에서 약 20 fpm의 유량 및 실온의 공기를 가함으로써 건조된다. 다른 실시형태에서, 건조 단계 후에 구리와 물 사이의 위험하거나 원하지 않는 화학 반응을 방지하기 위해 패턴 분사에서 20℃ 내지 30℃의 범위의 실온에서의 부동태화 단계가 추가될 수 있다.
최종 생성물 필름
도 7은 횡단 방향으로 도금된 전극 패턴 구조물(614)을 갖는 최종 생성물 필름의 측면도를 도시한다. 패턴화되지 않은 가요성 기판(504)의 두께(h1)는 약 10 마이크론 내지 약 250 마이크론의 범위를 가질 수 있고, 나머지 촉매 코팅층(502) + 도금된 전극 패턴 구조물(614)의 두께(h2)는 약 150 나노미터 내지 5 마이크론의 범위를 가질 수 있고, 최소 도금 두께는 150 나노미터이다. 도 7의 실시예에서 도금된 전극 패턴 구조물(614)의 폭(w)은 약 0.5 마이크론 내지 약 25 마이크론의 범위를 가질 수 있고, 가시 거리로부터 투명 효과를 달성하기 위한 최적의 범위는 3 내지 5 마이크론이다. 도금된 전극 패턴 구조물(614)들 사이의 간격(d)은 디스플레이의 분해능에 따라 1 마이크론 내지 약 5 밀리미터의 범위를 가질 수 있다. 도금된 전극 패턴 구조물(614)은 용도에 따라 약 0.0015 마이크로 옴 내지 약 500 옴의 범위를 가질 수 있다. 위에서 설명한 방법은 +/- 1 마이크론의 범위로 도금된 전극 패턴 구조물(614)의 폭의 불일치를 생성한다.
일부의 실시형태에서, UV 파장에 대해 투명한 중공 원통체의 외면 상에, 얇은 재료의 층이 코팅되고, (레이저 또는 다른 포토-리소그래피 방법에 의해) 패턴화된다. 패턴화 층은 원통체의 내부에 수용된 UV 광원에 대해 불투과성이다. 원통체 롤러가 (롤-롤 필름이 통과되는 중에) 롤-롤 필름과 접촉한 상태로 배치되었을 때, 필름 상의 UV 감수성 코팅 층은 원통체 내부로부터의 UV 광원에 의한 패턴에 노출된다. 필름의 노출된 영역 내의 무전해 촉매는 메탈라이제이션 공정 중에 무전해 금속을 끌어당기는 필름의 표면의 유일한 부분이다.
다른 실시형태에서, 위에서 설명한 것과 동일한 중공 패턴화 원통체가 사용되지만, 패턴은 반대이다. 이 경우, UV 광원은 금속이 불필요한 필름 영역에 조사된다. 촉매를 활성화하기 위해 요구되는 UV 조사량의 범위가 존재한다. UV 조사가 이 범위를 초과하는 경우, 촉매는 활성저하(poison)되어 무전해 금속을 끌어당기지 않는다. 이 방법은 전체 필름 표면의 균일한 조사 후, 어떤 금속도 포함하고 있지 않는 영역의 과조사(over-exposure)가 이어진다.
또 다른 실시형태에서, 엠보싱 및 UV 패터닝의 조합이 동일 단계 내에서 수행된다. 이 경우, 원통체 외측 상의 패턴화 층이 어떤 깊이로 생성된다. 필름은 경화되지 않은 수지(무전해 촉매를 포함하는 UV 경화성 수지)로 코팅된다. 필름이 중공 엠보싱 원통체에 대해 가압될 때, 패턴화된 '채널'(또는 다른 패턴)을 통한 UV 조사는 수지를 그 3D 형상으로 경화시킬 뿐만 아니라 수지 내에 포함된 촉매를 활성화시킨다. 다음에 경화되지 않은 수지를 제거하기 위한 '세정' 단계가 있다. 다음에 필름은 이전의 단계에서와 동일한 무전해 메탈라이제이션 단계를 통과한다.
위의 설명은 본 발명의 원리 및 다양한 실시형태를 설명하기 위한 것이다. 일단 위의 개시를 충분히 이해한 본 기술분야의 당업자는 수많은 변경 및 개조를 용이하게 이해할 것이다. 이하의 청구항은 이와 같은 변경 및 개조의 전부를 포함하도록 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 방법으로서,
    사전 결정된 패턴을 가지도록 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계;
    패턴화되지 않은 가요성 기판을 촉매 코팅 층으로 코팅하는 단계;
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 사용하여 상기 코팅된 기판에 대응하는 패턴을 형성함으로써 패턴화된 기판을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴화된 기판을 무전해 도금하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대응하는 패턴을 형성하는 단계는 상기 패턴화되지 않은 가요성 기판에 대해 상기 마스터 엠보싱 롤러를 롤링하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 원통형 기판으로부터 외부 레지스트 코팅의 일부를 에칭에 의해 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 상기 외부 레지스트 층의 일부를 에칭하기 위해 레이저를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 코팅 재료는 아크릴, 우레탄 및 폴리머 중 임의의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 상기 롤러의 길이방향으로 연장되는 외부 레지스트 층 내에 그루브를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 상기 롤러 상의 외부 레지스트 층 내에 원주방향으로 그루브를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 외부 레지스트 코팅과 원통형 기판 사이에서 알루미늄으로 상기 롤러의 적어도 일부를 코팅하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 상기 외부 레지스트 코팅에 의해 피복되지 않은 상기 알루미늄의 부분을 포토에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 마스터 엠보싱 롤러를 형성하는 단계는 상기 외부 레지스트 코팅을 제거하고, 이것에 의해 포토에칭되지 않은 상기 알루미늄의 부분을 남기는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 금속, 종이, 및 유리 중 임의의 하나를 포함하는, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴화된 기판을 무전해 도금하는 단계는 상기 기판의 일부 영역만이 무전해 금속을 선택적으로 끌어당기도록 상기 기판에 자외선을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제 1 항의 방법에 따라 제조되는 제품.
  14. 방법으로서,
    자외선-불투과성 코팅으로 원통형 구조물을 코팅하는 단계;
    그루브 및 융기된 라인의 사전 결정된 패턴을 갖는 마스터 엠보싱 롤러를 형성하기 위해 상기 코팅에 복수의 그루브를 레이저 에칭하는 단계;
    패턴화되지 않은 가요성 기판을 촉매 코팅 층으로 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 기판에 상기 마스터 엠보싱 롤러의 상기 그루브 및 라인에 대응하는 패턴을 형성하기 위해 상기 촉매 코팅층에 접촉하여 상기 마스터 엠보싱 롤러를 회전시키는 단계; 및
    상기 패턴화된 기판을 무전해 도금하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    레이저는 상기 원통형 구조물의 긴 치수를 따라 연장되는 방향으로 상기 그루브를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    레이저는 상기 원통형 구조물 상의 원주방향의 배향으로 상기 그루브를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
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