KR20140141335A - 롤 임프린팅 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 임프린팅 깊이를 깊게 하고, 임프린팅 된 패턴의 변형을 줄이는 롤 임프린팅 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린팅 장치는, 유연필름을 가열하는 가열부, 상기 가열부를 경유한 유연필름을 임프린팅 하여 임프린팅 패턴을 형성하는 임프린팅부, 및 상기 임프린팅부를 경유한 유연필름의 임프린팅 패턴을 냉각하는 냉각부를 포함한다.

Description

롤 임프린팅 장치 및 그 방법 {ROLL IMPRINTING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 임프린팅 된 패턴의 변형을 줄이는 롤 임프린팅 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 롤 임프린팅 장치는 패턴을 구비한 임프린팅 롤과 지지롤을 구비하여, 지지롤과 임프린팅 롤 사이로 유연기판을 이송 공급하여, 유연필름에 패턴을 임프린팅 하여 배출하도록 구성된다.

이때, 임프린팅 롤의 임프린팅에 영향을 미치는 인자에는 온도, 압력 및 속도가 있다. 온도 및 속도는 임프린팅 패턴의 모양에 영향을 미치고, 압력은 임프린팅 깊이에 영향을 미칠 수 있다.

즉 온도와 압력을 높이고 속도를 낮추면, 임프린팅 깊이가 증대된다. 온도와 압력을 높이면 일정 온도 및 압력 범위에서는 임프린팅 깊이가 증대되지만, 그 범위를 벗어나도록 온도를 높이면, 임프린팅 후 임프린팅 깊이가 오히려 감소하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 목적은 임프린팅 깊이를 깊게 하고, 임프린팅 된 패턴의 변형을 줄이는 롤 임프린팅 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 상기 롤 임프린팅 장치를 이용한 롤 임프린팅 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린팅 장치는, 유연필름을 가열하는 가열부, 상기 가열부를 경유한 유연필름을 임프린팅 하여 임프린팅 패턴을 형성하는 임프린팅부, 및 상기 임프린팅부를 경유한 유연필름의 임프린팅 패턴을 냉각하는 냉각부를 포함한다.

상기 가열부는, 히터, 및 상기 히터를 내장하여 상기 유연필름의 하면을 지지하고 상면을 접촉하는 1쌍의 히팅롤을 포함할 수 있다.

상기 임프린팅부는, 상기 유연필름을 지지하는 지지롤, 및 패턴 마스크를 가지고 상기 지지롤의 상측에서 상기 유연필름을 가압하여 상기 유연필름에 임프린팅 패턴을 형성하는 임프린팅 롤을 포함할 수 있다.

상기 냉각부는, 냉각 매체를 순환시키는 냉각 통로, 및 상기 냉각 통로를 내장하여 상기 유연필름의 하면을 지지하고 상면을 접촉하는 1쌍의 냉각롤을 포함할 수 있다.

상기 유연필름은, 상기 임프린팅부의 지지롤에 접촉되는 기재부, 및 상기 기재부의 일면에 적층되어 상기 임프린팅부의 임프린팅 롤에 의하여 임프린팅 되는 폴리머부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린팅 방법은, 유연필름을 가열하는 제1단계, 상기 제1단계를 경유한 유연필름을 임프린팅 하여 임프린팅 패턴을 형성하는 제2단계, 및 상기 제3단계에 이어, 상기 임프린팅부를 경유한 유연필름의 임프린팅 패턴을 냉각하는 제3단계를 포함한다.

상기 제3단계는, 상기 제1단계에서, 상온으로부터 상기 유연필름의 전이온도까지 가열시, 냉각 작용할 수 있다.

상기 제3단계는, 상기 제1단계에서 상기 유연필름으로 폴리카보네이트를 상온에서 85℃ 이상으로 가열시, 냉각 작용할 수 있다.

상기 제3단계는, 상기 제1단계에서 상기 유연필름으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 상온에서 100℃ 이상으로 가열시, 냉각 작용할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 유연필름을 가열하여 임프린팅 패턴을 형성한 후, 임프린팅 패턴을 냉각함으로써 임프린팅 깊이를 깊게 하고 또한 임프린팅 된 패턴의 변형을 줄일 수 있다. 즉 깊이 임프린팅 패턴의 측면이 무너지기 전에 냉각함으로써 임프린팅 깊이가 깊은 임프린팅 패턴의 변형이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린팅 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 장치에 따른 롤 임프린팅 방법의 순서도이다.
도 3은 도 1의 롤 임프린팅 장치로 임프린팅 하는 상태도이다.
도 4는 도 3의 임프린팅 후, 냉각부를 경유한 상태의 패턴 단면도이다.
도 5는 종래와 같이, 임프린팅 후, 냉각부를 경유하지 않은 상태의 패턴 단면도이다.
도 6은 폴리카보네이트 샘플들에서, 압력과 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 폴리카보네이트 샘플들에서, 온도와 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플들에서, 압력과 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 9는 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플들에서, 온도와 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린팅 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 롤 임프린팅 장치는 유연필름(1)이 진행하는 방향으로 배치되어 롤 임프린팅을 구현하는 가열부(10), 임프린팅부(20) 및 냉각부(30)를 포함한다.

도 2는 도 1의 장치에 따른 롤 임프린팅 방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 일 실시예의 롤 임프린팅 방법은 유연필름(1)을 가열하는 제1단계(ST1), 유연필름(1)에 임프린팅 패턴(P, 도 3 참조))을 형성하는 제2단계(ST2) 및 임프린팅 패턴(P)을 냉각하는 제3단계(ST3)을 포함한다.

편의상, 도 1 및 도 2를 참조하여, 롤 임프린팅 장치와 롤 임프린팅 방법을 같이 설명한다. 가열부(10) 및 제1단계(ST1)는 유연필름(1)을 가열하여 이어지는 임프린팅 공정을 용이하게 한다.

예를 들면, 가열부(10)는 히터(11)와, 히터(11)를 내장하고 서로의 사이로 유연필름(1)을 이동시키면서 가열하는 히팅롤(12)로 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 히터(11)를 구비한 히팅롤(12)은 1쌍으로 구성되어 유연필름(1)의 양면을 각각 지지하고 접촉하면서 가열할 수 있다. 가열부(10)는 유연필름(1)을 전이온도(transition temperature) 이상으로 가열할 수 있다.

또한, 도시하지 않았지만, 히팅롤은 유연필름의 임프린팅 측(도 1의 상방)에 구비되어 임프링팅 측면(상면)을 가열하고 반대 측면(하면)을 가열하지 않을 수도 있다. 이때, 반대 측면에 지지롤이 구비되어, 이송되는 유연필름을 지지할 수 있다.

임프린팅부(20) 및 제2단계(ST2)는 가열부(10)를 경유한 유연필름(1)을 임프린팅 하여 임프린팅 패턴(P)을 형성한다. 가열부(10)에 의하여 가열되거나 전이온도 이상으로 가열된 유연필름(1)는 쉽게 임프린팅 될 수 있다.

예를 들면, 임프린팅부(20)는 유연필름(1)을 지지하는 지지롤(21)과 임프린팅 하는 임프린팅 롤(22)을 포함한다. 임프린팅 롤(22)은 외주면에 패턴 마스크(23)를 구비하고, 지지롤(21)의 상측에서 이송되는 유연필름(1)을 가압하여 유연필름(1) 상면에 임프린팅 패턴(P)을 형성한다.

유연필름(1)의 재질에 따라 임프린팅 깊이(D1)가 다르게 나타난다. 전이 온도가 높은 유연필름(1)일수록 임프린팅 공정 전에 가열부(10)에서 유연필름(1)을 가열하는 가열 공정을 경유하게 되면, 유연필름(1)에서의 임프린팅 공정이 더욱 원활히 진행될 수 있다.

도 3은 도 1의 롤 임프린팅 장치로 임프린팅 하는 상태도이다. 도 3을 참조하면, 가열된 유연필름(1)이 지지롤(21)과 임프린팅 롤(22) 사이로 이송 공급되면, 지지롤(21)에 지지되는 유연필름(1)의 상면은 임프린팅 롤(22)의 마스크(23)에 의하여 임프린팅 된다. 즉 유연필름(1)의 상면에 임프린팅 패턴(P)이 형성된다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 냉각부(30) 및 제3단계(ST3)는 임프린팅부(20)를 경유한 유연필름(1) 및 이에 형성된 임프린팅 패턴(P)을 냉각한다. 냉각부(30)에 의하여 임프린팅 패턴(P)은 임프린팅 후 변형되기 전에 신속히 냉각될 수 있다.

예를 들면, 냉각부(30)는 냉각 매체(예를 들면, 냉각수)를 순환시키는 냉각 통로(31), 및 냉각 통로(31)를 내장하고 서로의 사이로 유연필름(1)을 이송시키면서 냉각하는 냉각롤(32)로 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 냉각 통로(31)를 구비한 냉각롤(32)은 1쌍으로 구성되어 유연필름(1)의 양면을 지지하고 접촉하면서 가열되고 임프린팅 된 유연필름(1)을 냉각할 수 있다.

또한, 도시하지 않았지만, 냉각롤은 유연필름의 임프린팅 측(도 1의 상방)에 구비되어 임프린팅 측면(상면)을 가열하고 반대 측면(하면)을 가열하지 않을 수도 있다. 이때, 반대 측면에 지지롤이 구비되어 유연필름을 지지할 수 있다. 즉 히팅롤은 냉각롤의 배치에 대응하여 하나와 지지롤 또는 지지롤 없이 1쌍으로 구비될 수 있다.

냉각부(30) 및 제3단계(ST3)는 제1단계(ST1)에서, 상온으로부터 유연필름(1)의 전이온도까지 가열시에만 선택적으로 냉각 작용할 수 있다.

예를 들면, 유연필름(1)은 폴리카보네이트재로 형성될 수 있다. 이 경우, 제3단계(ST3)는 제1단계(ST1)에서 폴리카보네이트재 유연필름(1)을 상온에서 85℃까지 가열할 때, 유연필름(1)을 냉각 작용할 수 있다.

또한 유연필름(1)은 폴리에틸렌테레프탈레이트재로 형성될 수 있다. 이 경우, 제3단계(ST3)는 제1단계(ST1)에서 폴리에틸렌테레프탈레이트재 유연필름(1)을 상온에서 100℃까지 가열할 때, 유연필름(1)을 냉각 작용할 수 있다.

도 4는 도 3의 임프린팅 후, 냉각부를 경유한 상태의 패턴 단면도이고, 도 5는 종래와 같이, 임프린팅 후, 냉각부를 경유하지 않은 상태의 패턴 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유연필름(1)은 단일재의 1층 구조로 형성될 수 있고, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이종재질의 2층 구조로 형성될 수 있다.

예를 들면, 유연필름(100)은 임프린팅부(20)의 지지롤(21)에 접촉되는 기재부(101), 및 기재부(101)의 일면에 적층되어 임프린팅부(20)의 임프린팅 롤(22)에 의하여 임프린팅 되는 폴리머부(102)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 임프린팅부(20)의 임프린팅 롤(22)에 의하여 임프린팅 된 임프린팅 패턴(P)은 냉각부(30)의 냉각롤(32)을 경유하면서 신속하게 냉각되므로 임프린팅 후 변형 없이, 임프린팅 된 상태를 그대로 유지할 수 있다.

즉 냉각부(30)를 경유한 경우, 임프린팅 패턴(P)은 임프린팅 된 모양을 그대로 유지하여, 임프린팅 깊이(D1)를 깊게 유지할 수 있다.

이에 비하여, 도 5를 참조하면, 임프린팅부(20)의 임프린팅 롤(22)에 의하여 임프린팅 된 임프린팅 패턴(P2)은 냉각부를 경유하지 않아서 서서히 냉각되므로 냉각되는 과정에 부분적으로 무너지면서, 임프린팅 된 상태에서 변형된다.

즉 냉각부를 경유하지 않은 경우, 임프린팅 패턴(P2)은 임프린팅 된 모양을 그대로 유지하지 못하고, 최초의 임프린팅 깊이(D1)에서 변형된 깊이(-ΔD)의 차이만큼 얇아진 임프린팅 깊이(D2)를 가지게 된다.

이하에서 유연필름으로 클리쉐를 제작할 때, 각 재료의 유연필름에서 임프린팅 깊이와 압력과의 관계 및 임프린팅 깊이와 온도와의 관계를 예시한다.

도 6은 폴리카보네이트 샘플들에서, 압력과 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 유연필름으로 폴리카보네이트 샘플들을 사용한다. 4개의 샘플들(그래프 상의 4개 점들)은 압력의 증가에 따라 패턴의 깊이가 대체로 증가하는 것을 보여준다.

도 7은 폴리카보네이트 샘플들에서, 온도와 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 유연필름으로 폴리카보네이트 샘플들을 사용한다.

5개의 샘플들(그래프 상의 왼쪽 5개 점들)은 온도의 증가에 따라 패턴의 깊이가 증가하다가, 6번째 샘플은 온도의 증가에도 불구하고 패턴의 깊이가 오히려 감소하는 것을 보여준다.

즉, 냉각 공정에 의하여, 폴리카보네이트 샘플에서 패턴의 깊이는 상온(예를 들면, 10℃)에서 전이 온도(85℃)까지 선형적으로 증가한다(그래프 상의 왼쪽 4개 점들).

또한, 폴리카보네이트는 열팽창계수가 높기(폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여) 때문에 전이 온도에서 100℃까지 범위에서도 냉각 공정에 의하여 패턴의 깊이가 증가하는 것을 알 수 있다(그래프 상의 왼쪽 5번째 점).

즉 6번째 샘플(도 7의 우측 상단 점)은 폴리카보네이트의 전이 온도(85℃)보다 상당 범위 높은 100℃ 이상으로 가열되어 임프린팅 된 후, 냉각 공정과 무관하게 패턴의 깊이가 감소하는 것을 보여준다.

도 8은 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플들에서, 압력과 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 유연필름으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플들을 사용한다. 4개의 샘플들(그래프 상의 4개 점들)은 압력의 증가에 따라 패턴의 깊이가 증가하는 것을 보여준다.

도 9는 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플들에서, 온도와 패턴 깊이의 관계를 도시한 그래프이다. 도 9를 참조하면, 유연필름으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플들을 사용한다.

5개의 샘플들(그래프 상의 왼쪽 5개 점들)은 온도의 증가에 따라 패턴의 깊이가 증가하다가, 6번째 샘플은 온도의 증가에도 불구하고 패턴의 깊이가 약간 증가하고, 7번 및 8번째 샘플은 온도의 증가에도 불구하고 패턴의 깊이가 오히려 감소하는 것을 보여준다.

즉, 냉각 공정에 의하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트 샘플에서 패턴의 깊이는 상온(예를 들면, 10℃)에서 전이 온도(100℃)까지 증가한다. 이때, 패턴의 깊이가 90℃까지는 선형적으로 증가한다.

폴리에틸렌테레프탈레이트는 열팽창계수가 낮기(폴리카보네이트에 비하여) 때문에 90℃에서 전이 온도인 100℃까지는 냉각 공정에도 불구하고 패턴의 깊이가 미소하게 증가한다.

즉 7번 및 8번째 샘플(도 9의 우측 2개 점들)은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 전이 온도(100℃) 초과로 가열되어 임프린팅 된 후, 냉각 공정과 무관하게 패턴의 깊이가 감소하는 것을 보여준다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 유연필름 10: 가열부
11: 히터 12: 히팅롤
20: 임프린팅부 21: 지지롤
22: 임프린팅 롤 23: 패턴 마스크
30: 냉각부 31: 냉각 통로
32: 냉각롤 D1, D2: 임프린팅 깊이
-ΔD: 변형된 깊이 P, P2: 임프린팅 패턴

Claims (9)

1. 유연필름을 가열하는 가열부;
   상기 가열부를 경유한 유연필름을 임프린팅 하여 임프린팅 패턴을 형성하는 임프린팅부; 및
   상기 임프린팅부를 경유한 유연필름의 임프린팅 패턴을 냉각하는 냉각부
   를 포함하는 롤 임프린팅 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열부는,
   히터, 및
   상기 히터를 내장하여 상기 유연필름의 하면을 지지하고 상면을 접촉하는 1쌍의 히팅롤
   을 포함하는 롤 임프린팅 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 임프린팅부는,
   상기 유연필름을 지지하는 지지롤, 및
   패턴 마스크를 가지고 상기 지지롤의 상측에서 상기 유연필름을 가압하여 상기 유연필름에 임프린팅 패턴을 형성하는 임프린팅 롤
   을 포함하는 롤 임프린팅 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   냉각 매체를 순환시키는 냉각 통로, 및
   상기 냉각 통로를 내장하여 상기 유연필름의 하면을 지지하고 상면을 접촉하는 1쌍의 냉각롤
   을 포함하는 롤 임프린팅 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 유연필름은,
   상기 임프린팅부의 지지롤에 접촉되는 기재부, 및
   상기 기재부의 일면에 적층되어 상기 임프린팅부의 임프린팅 롤에 의하여 임프린팅 되는 폴리머부
   를 포함하는 롤 임프린팅 장치.
   
6. 유연필름을 가열하는 제1단계;
   상기 제1단계를 경유한 유연필름을 임프린팅 하여 임프린팅 패턴을 형성하는 제2단계; 및
   상기 제3단계에 이어, 상기 임프린팅부를 경유한 유연필름의 임프린팅 패턴을 냉각하는 제3단계
   를 포함하는 롤 임프린팅 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제3단계는,
   상기 제1단계에서, 상온으로부터 상기 유연필름의 전이온도까지 가열시, 냉각 작용하는 롤 임프린팅 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제3단계는,
   상기 제1단계에서 상기 유연필름으로 폴리카보네이트를 상온에서 85℃까지 가열시, 냉각 작용하는 롤 임프린팅 방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 제3단계는,
   상기 제1단계에서 상기 유연필름으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 상온에서 100℃까지 가열시, 냉각 작용하는 롤 임프린팅 방법.

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