KR20150044915A - 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 프로세스 - Google Patents

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KR20150044915A
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Abstract

속도 및 정밀도의 양자 모두에 있어서 이점을 제공하는 가요성 또는 강성 최종 기판에 미세구조물을 전사하기 위한 프로세스 및 전사 필름이 제공된다. 본 발명 프로세스는 전사 필름이 연속 롤-투-롤 프로세스에서 이하의 동작을 거치게 하는 것을 포함한다: 미세구조물을 전사 필름의 표면에 형성하거나 또는 전사하는 단계, 및 그 후에 미세구조물을 전사 필름으로부터 최종 기판의 표면에 전사하는 단계. 미세구조물은, 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅되는 보이드, 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역, 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물이다.

Description

미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 프로세스{A PROCESS FOR TRANSFERRING MICROSTRUCTURES TO A FINAL SUBSTRATE}
본 발명은 일반적으로 미세구조물 형태의 보안 장치를 생산하고 상기 보안 장치를 전사 필름으로부터 최종 기판에 전사하기 위한 연속 롤-투-롤 프로세스에 관한 것이다.
보안 패치(security patch)뿐만 아니라 보안 은선(security thread)이 제조 동안 또는 제조 후에 보안 서류(예를 들어, 통화 또는 지폐 용지) 또는 라벨에 장착될 수 있다. 이러한 장치의 장착은, 장치의 뒤쪽에 감압성 접착제를 도포하고 상기 장치를 상기 서류 또는 라벨의 표면에 가압하는 단계, 및 장치의 뒤쪽에 열 활성화 접착제를 바르고 상기 장치를 열 전사 기술을 이용하여 상기 서류 또는 라벨의 표면에 적용하는 단계를 포함하는 많은 알려진 기술에 의해 달성될 수 있다.
이러한 보안 장치의 생산 및 이러한 보안 장치의 보안 서류 또는 라벨에의 적용은 별도의 동작으로 일어난다. 이러한 보안 장치의 생산 및 이러한 보안 장치를 최종 기판에 전사하기 위한 연속 롤-투-롤 프로세스(roll-to-roll process)에서의 이러한 동작의 조합은 속도 및 정밀도의 양자 모두에 있어서 이점을 실현한다.
본 발명은 미세구조화 요소 또는 미세구조물 형태의 보안 장치를 생산하고 상기 보안 장치를 전사 필름으로부터 최종 기판에 전사하기 위한 연속 롤-투-롤 프로세스를 제공함으로써 이러한 요구를 충족시킨다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 전사 필름을 제공한다. 전사 필름에 의해 최종 기판에 전사된 미세구조물은, 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅되는 보이드; 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역; 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물이다.
제1 예시적인 실시형태에서, 전사 필름은 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면 상의 하나 이상의 열 분리 접착제(thermal release adhesive) 층을 포함하며, 열 분리 접착제 층(들)은 복수의 팽창가능 마이크로스피어 및 하나 이상의 감압성 접착제로 구성된다.
여기서 사용되는 "열 분리 접착제"라는 용어는 약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 표면에 대한 접착력이 감소하는 접착제를 의미하며, 여기서 사용되는 "팽창가능 마이크로스피어"라는 용어는 약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 팽창 및/또는 발포를 시작하는 폴리머 마이크로스피어를 의미한다.
열 분리 접착제(예를 들어, 열 분리 테이프)가 본 기술에 알려져 있으며, 반도체 웨이퍼 가공 및 다른 전자 요소 제조 프로세스에서 사용되어 오고 있다. 전자 분야에 사용되는 열 분리 제품의 공급자는, REVALPHA® 열 분리 접착제 테이프 및 시트를 판매하는 일본 오사카 이바라키시 시모호즈미 1초메 1-2 Nitto Denko Corporation(Nitto Denko), 및 REXPANTM 열 분리 필름을 판매하는 한국 425-839 경기도 안산 단원구 신길동 Haeun Chemtec Co., Ltd.,를 포함한다. 그러나, 이들 제품의 두께 및 비용은 작은 크기의 샘플 이외의 어떤 것에 대해서도 적용될 수 없고, 여기서 설명하는 대량 생산에 적합하지 않다.
여기서 사용되는 "감압성 접착제"라는 용어는 표면에 접착 또는 부착되는데 극소의 압력만을 필요로 하는 접착제를 의미한다.
예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 열 분리 접착제 층은, 약 25 내지 약 99중량%(바람직하게는, 약 75 내지 약 97중량%, 더 바람직하게는 약 90 내지 약 96중량%)의 에너지[예를 들어, 자외선(UV) 방사] 경화성 감압성 접착제(PSA) 제제, 및 약 1 내지 약 75중량%(바람직하게는, 약 3 내지 약 25중량%, 더 바람직하게는 약 4 내지 약 10중량%)의 팽창가능 마이크로스피어를 포함하는 제제로부터 조제된다.
이 예시적인 실시형태에서, 에너지 경화성 PSA 제제는 일반적으로 이하를 포함한다:
약 5 내지 약 95중량%(바람직하게는, 약 10 내지 약 70중량%, 더 바람직하게는 약 30 내지 약 60중량%)의 하나 이상의 탄성중합체 올리고머,
약 1 내지 약 75중량%(바람직하게는, 약 5 내지 약 60중량%, 더 바람직하게는 약 10 내지 약 40중량%)의 하나 이상의 점착성강화 수지(tackifying resin),
약 0.5 내지 약 75중량%(바람직하게는, 약 5 내지 약 60중량%, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 50중량%)의 하나 이상의 반응성 단위체 희석제, 및
약 0.1 내지 약 15중량%(바람직하게는, 약 1 내지 약 8중량%, 더 바람직하게는 약 3 내지 약 6중량%)의 하나 이상의 광개시제(photoinitiator).
제2 예시적인 실시형태에서, 전사 필름은 캐리어 필름 및 하나 이상의 경화된 바인더 층을 포함한다. 이 실시형태에서, 미세구조물은 그 표면에 하나 이상의 경화된 등각(conformal) 분리 코팅 층을 가지며, 하나 이상의 경화된 바인더 층에 의해 전사 필름에 결합된다. 미세구조물의 전사 동안 분리를 개시하기 위해 열이 요구되지 않는다.
본 발명은 또한 상기 전사 필름을 사용하는 방법을 제공하며, 이 방법은 상기 전사 필름을 (a) 상기 미세구조물을 연속 롤-투-롤 프로세스에서 최종 기판에 전사하기 위해 사용하거나, 또는 (b) 미세구조물의 제조 동안에 제조 기판으로서 사용하고 그 후에 미세구조물을 연속 롤-투-롤 프로세스에서 최종 기판에 전사하기 위해 사용하는 단계를 포함한다.
또한, 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 프로세스가 제공된다. 제1 예시적인 실시형태에서, 상기 프로세스는 먼저 상기 전사 필름이 연속 롤-투-롤 프로세스에서 다음의 동작을 거치게 하는 것을 포함한다: 전사 필름의 열 분리 접착제 층(들)의 표면에 미세구조물을 형성하거나 전사하는 단계로서, 미세구조물은, 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅되는 보이드, 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역, 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물인 단계; 및 그 후 미세구조물을 전사 필름으로부터 최종 기판의 표면에 전사하는 단계.
제1 바람직한 실시형태에서, 상기 프로세스는 이하의 단계를 포함한다: 일회용 제조 기판의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계; 형성된 미세구조물을 전사 필름의 표면에 대해 압력을 가하면서 전사 필름의 표면에 접촉시켜, 전사 필름의 열 분리 접착제 층(들)의 감압성 접착제를 활성화시키고, 전사 필름의 표면에 미세구조물을 접착시키는 단계; 일회용 제조 기판을 박리하는 단계; 전사 필름 상의 미세구조물에 하나 이상의 열 및/또는 압력 활성화 접착제를 도포하는 단계; 전사 필름에 열 및 압력의 양자 모두를 가하면서 전사 필름 상의 접착제 코팅된 미세구조물을 최종 기판의 표면에 접촉시켜, 열 분리 접착제 층(들)의 마이크로스피어가 팽창(또는 발포)되도록 하고 감압성 접착제를 비활성화시켜, 최종 기판의 표면에 미세구조물이 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는 단계.
이 실시형태는 이른바 "상하 비-동등성(up/down non-parity)"을 갖는 미세구조물(예를 들어, 굴절 광학 시스템)에 특히 적합하다. 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해되는 바와 같이, 이러한 구조물은 바닥 또는 하측보다는 정상부 또는 상측으로부터 보여지도록 의도된다. 본 발명 프로세스는 미세구조물을 전사 필름에 전사하기 전에 품질 보증을 위해 일회용 제조 기판 상의 미세구조물이 시각적으로 검사될 수 있도록 하며, 또한 미세구조물이 최종 기판의 표면 상의 똑바른 위치에 적절하게 위치될 수 있도록 한다.
제2 바람직한 실시형태에서, 상기 프로세스는 이하를 포함한다: 전사 필름의 열 분리 접착제 층(들)의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계; 전사 필름에 형성된 미세구조물에 하나 이상의 열 및/또는 압력 활성화 접착제를 도포하는 단계; 전사 필름에 열 및 압력의 양자 모두를 가하면서 접착제 코팅된 미세구조물을 최종 기판의 표면에 접촉시켜, 열 분리 접착제 층(들)의 미세구조물이 팽창(또는 발포)되도록 하고 감압성 접착제가 비활성화되도록 하여, 최종 기판의 표면에 미세구조물이 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는 단계.
이 실시형태는 상부/하부 표면 검사를 필요로 하지 않는 미세구조물(예를 들어, 전도성 회로 요소 또는 기판)에 특히 적합하다. 이러한 구조물은 단면이 대칭일 수 있으며, 반드시 바닥 또는 하부측보다 정상부 또는 상부측으로부터 보여지도록 의도되는 것은 아니다.
제2 예시적인 실시형태에서, 상기 프로세스는 이하를 포함하는 연속 롤-투-롤 프로세스이다:
일회용 제조 기판의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계,
미세구조물의 표면에 하나 이상의 분리 코팅 층을 도포하고, 이때 상기 분리 코팅 층(들)은 미세구조물 표면에 합치되며, 그 후 분리 코팅 층(들)을 경화시키는 단계,
캐리어 필름의 표면 및 선택적으로는 또한 미세구조물의 경화된 분리 코팅 표면에 하나 이상의 바인더 층을 도포하고, 이 표면들이 서로 접촉해 있는 동안에 바인더 층(들)을 경화시키는 단계,
이제 캐리어 필름에 결합된 미세구조물로부터 일회용 제조 기판을 기계적으로 제거하는 단계, 및 그 후
미세구조물을 캐리어 필름으로부터 최종 기판의 표면에 전사하는 단계.
바람직한 실시형태에서, 미세구조물은 이하의 단계에 의해 캐리어 필름으로부터 최종 기판의 표면에 전사된다: 하나 이상의 열 및/또는 압력 활성화 접착제를 캐리어 필름 상의 미세구조물에 도포하는 단계; 캐리어 필름 상의 접착제 코팅된 미세구조물을 최종 기판의 표면에 접촉시키는 단계; 열 및 압력의 양자 모두를 캐리어 필름에 가하고 그 후 캐리어 필름을 미세구조물로부터 들어올려 미세구조물과 분리 코팅 층(들)과의 사이에 분리를 유발하여, 최종 기판의 표면에 미세구조물이 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는 단계.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부의 도면으로부터 통상의 기술자에게 명확할 것이다.
달리 규정하지 않는 한, 여기 모든 기술적 및 과학적 용어는 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기 언급된 모든 공보, 특허출원, 특허 및 다른 참고문헌은 그 전체에 참조로 통합된다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서는 조정될 것이다. 또한, 재료, 방법/프로세스, 및 예는 단지 예시이며 제한하려는 것은 아니다.
개시된 발명의 특정한 특징들이 도 1을 참조하여 예시되며, 도 1은 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 본 발명 프로세스의 제2 예시적인 실시형태의 개략적인 순서도이다. 이 도면의 구성요소는 반드시 축적대로 도시되어 있지 않고, 본 개시내용의 원리를 명확하게 도시하기 위해 강조되어 있다.
본 발명은, 미세구조물이 나중에 최종 기판에 전사될 수 있게 하는 방식으로 연속 롤-투-롤 기판 또는 필름 상에 미세구조물(예를 들어, 정밀 주조 미세구조물)을 생산하는 방법 또는 프로세스를 제공한다. 미세구조물을 생산하기 위해 롤-투-롤 프로세스를 사용하는 한편, 가요성 웹 가공에 반드시 호환되거나 적합할 필요는 없는 최종 표면(예를 들어, 유리 등의 강성 최종 기판)에 미세구조물을 전사하기 위한 수단을 제공함으로써 속도 및 정밀도에 있어서의 이점이 실현된다. 이러한 방식으로, 최종 기판은, 예를 들어 정밀 주조 미세구조물의 생산에 필요한 모든 조건에 종속되지 않으면서, 그 표면에 적용된 정밀한 미세구조물을 가질 수 있다.
본 발명은 여권 보안 래미네이트의 생산, 유가 증권 상에의 보안 패치 또는 시일의 적용, 제품의 라벨, 지폐의 얇은 필름 또는 포일, 강성 기판의 전도체 또는 절연 회로 요소, 및 표면에 대한 미세구조화 요소 또는 미세구조물의 다른 일반적인 적용에 유용하다.
명확히 말하면, 보안 분야 이외의 최종 용도(위에서 암시된 바와 같이)의 나노구조도 본 발명에 의해 고려된다.
이제 본 발명 시스템의 예시적인 실시형태를 개시한다. 그러나, 여기 개시된 실시형태로 본 개시물을 제한하려는 의도는 없다. 그와 반대로, 모든 대안, 변형 및 등가물을 포괄하고자 하는 의도가 있다.
본 발명에서 사용된 미세구조물은, 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅된 보이드, 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역, 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물이다. 예시적인 실시형태에서, 미세구조물(예를 들어 광학적 또는 물리적 구조물)은, 가요성 기판의 응고 또는 경화된 매트릭스의 음각 보이드를 메워서 그 형태가 만들어질 수 있는 임의의 및 모든 종류의 구조물을 포함하는 정밀 주조 미세구조물이다.
이렇게 고려된 정밀 주조 미세구조물의 예는, 굴절성, 반사성, 회절성 및 혼합성 마이크로 옵틱 구조물과 같은 다층 광학 시스템과, 전도성 트레이스, 회로 패턴, 마이크로렌즈, 도파관, 음각 공간 공기 렌즈, 절연 세라믹 구조, 아이콘 이미지 요소, 마이크로텍스트, 반사 방지 구조물, 광 굴절 프리즘, 마이크로미러 구조물, 패턴형 반도체, 패턴형 또는 비패턴형 금속화(metallization), 형광 보안 프린트, 다공성 여과 구조물, 화학 또는 전자 센서 요소, 포토레지스트 마스킹 구조물, 규정 격자(ruled grating), 주기적 또는 비주기적 어레이, 표면적을 증가시키기 위한 구조물, 감촉성 변화 구조물, 기계적인 결합을 용이하게 하기 위한 구조물 등과 같은 다른 단층 또는 다층 구조물을 포함한다.
일반적으로 말하면, 이 미세구조물의 크기(즉, 폭 또는 깊이)는 엠보싱 공구로부터 가요성 기판에 주조함으로써 달성가능한 크기에 의해서만 한정된다. 크기는 일부의 경우 깊이에 있어서 수십 나노미터(수개의 원자층 두께)로부터 대부분의 경우 몇 마이크로미터의 범위일 수 있고, 밀리미터 스케일의 구조물에까지 이를 수 있다.
가요성 기판 또는 필름 상에 롤-투-롤 형태의 미세구조물을 정밀 주조하는 것은, 설명되는 바와 같이 특히 전사가능 프로세스와 함께 고려될 때 많은 이점을 갖는다. 여기서 사용되는 "정밀 주조"라는 용어는 보이드 및/또는 상승된 영역, 또는 음각 및 양각 형상부의 미리설계된 패턴을 갖는 미세구조화 표면의 모사를 의미한다.
필름 또는 고온 엠보싱가능 필름 상에 방사 경화 폴리머를 사용함으로써, 예를 들어 마스터의 표면이 연속적으로 복사되고, 보이드 및/또는 상승된 영역의 정밀한 패턴이 경화된 매트릭스에 형성될 수 있고, 정밀하게 형성된 미세구조물 또는 "아이콘 요소"를 초래한다. 예시적인 프로세스가 Steenblik 등에 대한 미국특허 제7,333,268호, Steenblik 등에 대한 미국특허 제7,468,842호, Steenblik 등에 대한 미국특허 제7,738,175호, Steenblik 등에 대한 미국특허출원 번호 제12/820,320호, 및 Samuel M. Cape 등에 대한 미국특허출원 번호 제13/360,017호에 기재되어 있으며, 이들은 모두 그 전체가 본원에 참조로 통합된다. 이 구조물을 주조함으로써, 각각의 음각 공간은 매트릭스를 주조하기 위해 사용된 재료와 매우 상이할 수 있는 제2 재료로 메워질 수 있는 매우 큰 영역을 초래한다. 예를 들어, 슬러리, 페이스트, 분산물, 겔, 파우더, 액체 및 플레이크가 모두 보이드를 충전하기 위해 사용될 수 있어, 매트릭스의 용적 내에 포함되는 정밀한 요소를 초래한다. 이는 이 매트릭스 메움 기술의 사용 없이 주조가 곤란하거나 불가능한 재료를 사용하여 형상물을 형성하는 것을 가능케 한다. 메워진 재료는 가교결합의 정도 등과 같은 원하는 특성을 보장하기 위해 추가로 경화, 세척 등이 될 수 있다.
이러한 메워진 엠보싱된 매트릭스의 제1 층이 형성되고 나면, 마이크로렌즈 층, 금속화 층, 또는 다른 기능성 코팅이 후속되는 폴리머 스페이서 층이나 마이크로렌즈 층 같은 메워지지 않는 정밀 요소 또는 메워진 정밀 요소의 제2 층과 같은 임의의 현실적인 수의 부가적인 층이 부가될 수 있다. 부가적으로, 엠보싱 마스터로부터의 모사를 용이하게 하기 위해 그리고 이후에 미세구조화 요소의 제거를 위해, 제1 마이크로구조화 층이 주조되기 전에 가요성 기판에 코팅을 도포하는 것이 가능하고 대개는 바람직할 수 있다. 이 코팅은 가요성 기판과 미세구조화 층과의 사이에 접착력 또는 분리 특성을 제공하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 코팅은 UV 경화성 실리콘-변성 폴리아크릴레이트와 같은 낮은 표면 에너지를 갖는 폴리머로부터 조제될 수 있다.
"상하 비-동등성"을 갖는 미세구조물을 전사하기 위한 본 발명의 프로세스의 제1 예시적인 실시형태의 예에서, 정밀 주조 단층 또는 다층 미세조직이 가요성 일회용 제조 기판에 형성되고, 그 후 미세구조물은 상기 제조 기판으로부터 떨어져 나와 하나 이상의 열 분리 접착제 층을 갖는 새로운 캐리어 필름에 전사된다. 열 분리 접착제 층(들)은 새로운 캐리어 필름과 미세구조물과의 사이에 강한 결합을 제공하고 이후에 열의 적용에 의해 미세구조물의 분리를 가능케 하기 위해 사용된다. 요약하면, 본 발명 프로세스는:
a) 자체만으로 다루어질 때 임의의 상당한 강도의 본체 또는 구조적 온전성이 부족한 정밀 주조 미세구조물로부터 가요성 일회용 제조 기판(즉, 베이스 필름)의 제거를 가능하게 하고,
b) 추가의 코팅 및 접착제가 도포될 수 있도록 그리고 그 외에 취성 구조가 슬릿, 다이-컷, 천공, 시트화 등이 될 수 있도록, 전통적인 웹 또는 시트 기반 장비를 사용하여 미세구조화 요소를 변환 및 취급하는 것을 가능하게 하며,
c) 열, 압력 및 장력 등의 전사 프로세스의 유해한 영향을 받지 않으면서 열 분리 접착제 코팅 캐리어 필름(즉, TRA 전사 필름)으로부터 최종 기판에 미세구조물을 전사하는 것을 가능하게 하는 한편, 전사 프로세스가 완료된 후에는 캐리어 필름이 재권취되고 폐기될 수 있도록 한다.
전사 필름의 열 분리 접착제 층(들)은 정밀 주조 미세구조물과 새로운 캐리어 필름과의 사이에 강한 결합을 제공하면서도, 이후에 미세구조물이 최종 기판에 전사될 때 결정적인 예측가능한 분리를 위한 메커니즘을 갖는다.
본 발명의 열 분리 접착제 층(들)을 조제하기 위해 사용된 제제는 구체적으로는 실온에서는 강한 결합을 갖고 상승된 온도가 적용될 때는 상당히 감소된 결합 강도를 갖도록 구성된다. 접착제 제제는 저온에서 높은 결합 강도 상태일 때 '활성화'되어 있고, 상승된 온도에서 감소된 결합 강도 상태일 때 '비활성화'되어 있다고 말할 수 있다.
상기와 같이, 보다 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 열 분리 접착제 제제는 약 90 내지 약 96중량%의 에너지 경화성 PSA 제제, 및 약 4 내지 약 10중량%의 팽창가능 마이크로스피어를 포함한다.
본 발명의 열 분리 접착제 제제에 사용된 에너지 경화성 PSA 제제는, 보다 바람직한 실시형태에서는, 이하를 포함한다:
제제에 대해 높은 연신도 및 구조화를 제공하는 약 30 내지 약 60중량%의 하나 이상의 탄성중합체 올리고머,
제제에 대해 탄성, 가요성 및 접착성을 부여하는 약 10 내지 약 40중량%의 하나 이상의 점착성강화 수지,
제제의 가교의 정도 및 유리 전이 온도를 변화시키는 역할을 하는 약 20 내지 약 50중량%의 하나 이상의 반응성 단위체 희석제, 및
약 3 내지 약 6중량%의 하나 이상의 광개시제.
적절한 PSA 제제의 특정 예는 이하의 것을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다:
PSA 제제 1:
미국 펜실베니아주 Sartomer Company of Exton(Sartomer)에 의해 거래 명칭 SR-351로 판매되는, 30중량%의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트.
Sartomer에 의해 거래 명칭 CN3000으로 판매되는, 33중량%의 방향족 우레탄/점착제 올리고머.
Sartomer에 의해 거래 명칭 SR-506 NS로 판매되는, 33중량%의 이소보르닐 아크릴레이트.
미국 일리노이주 세인트 찰스의 IGM Resins Inc.(IGM)에 의해 거래 명칭 OMNIRAD 1000으로 판매되는, 4중량%의 2개의 광개시제의 액체 혼합물.
PSA 제제 2:
Sartomer에 의해 거래 명칭 CN973H85로 판매되는, 19중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머.
Sartomer에 의해 거래 명칭 S115로 판매되는, 32중량%의 점착제 수지.
Sartomer에 의해 거래 명칭 SR256으로 판매되는, 45중량%의 2(2-에톡시에톡시) 에틸 아크릴레이트(EOEOEA), 반응성 단위체 희석제.
IGM에 의해 거래 명칭 OMNIRAD 73으로 판매되는, 4중량%의 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로파논 광개시제.
약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 팽창 및/또는 발포를 시작하는 적절한 팽창가능 마이크로스피어의 특정 예는 이하를 포함한다:
스웨덴 100 01 스톡홀름 사서함 11538 Casco Adhesives AB(Casco)에 의해 거래 명칭 EXPANCEL®로 판매되는, 팽창가능 플라스틱 마이크로스피어,
켄터키주 06067 로키 힐 원 헨켈 웨이 Henkel Corporation(Henkel)에 의해 거래 명칭 DUALITE®로 판매되는, 드라이 서모플라스틱 마이크로스피어,
일본 530-8565 오사카 오사카시 기타쿠 니시테마 2-초메 4-4 Sekisui Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha(dba Sekisui Chemical Co. Ltd.)(Sekisui)에 의해 거래 명칭 ADVANCELL EM으로 판매되는, 열 팽창가능 마이크로스피어,
일본 오사카 야오시 시부카와-초 2-1-3 Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.,(Matsumoto), 일본 103-8552 도쿄 추오쿠 니혼바시-하마초 3-3-2 Kureha Corporation(Kureha), 및 중국 저장성 항저우 위항 구 양저 타운 하이홍 기술 및 산업 구역(Haihong Technical and Industrial Area) Hangzhou Hi-Tech Fine Chemical Co., Ltd.,(Haihong Group)로부터 입수가능한 팽창가능 마이크로스피어.
적절한 TRA 제제의 특정 예를 이하에 설명한다:
TRA 제제:
켄터키주 41012-0391 코빙턴 사서함 391 리버센터 대로 50 E Ashland Inc.,(Ashland)에 의해 거래 명칭 AROCURETM으로 판매되는, 90중량%의 방사 경화성 PSA 제제.
미국 일리노이주 60607 시카고 525 웨스트 벤 브렌 Akzo Nobel Inc.,(Akzo Nobel)에 의해 거래 명칭 EXPANCELTM으로 판매되는 10중량%의 팽창가능 마이크로스피어.
TRA는 마이크로스피어 팽창의 메커니즘을 통해 작용하여, 분리의 정확한 제어를 가능케 한다. 분리 프로세스 동안, 접착제 결합 강도는 급격하게 감소한다. 일례에서, 활성화된 TRA의 결합 강도는 5.3 내지 9.6 뉴턴/인치(N/in)인 것으로 알려졌으며, 열-비활성화된 강도는 대략 0.9 내지 0.1 N/in인 것으로 측정되었다. 이러한 용도를 위한 전형적인 마이크로스피어는 80 내지 180℃에서 팽창을 시작할 것이고 125 내지 220℃까지 계속 팽창할 것이다. 접착제가 이와 같이 가열되면, 점착 및 결합 강도는 영구적으로 감소된다.
팽창 전에, 마이크로스피어는 직경이 5 내지 50 미크론인 것이 바람직하고, 가열 후 마이크로스피어는 직경이 15 내지 150 미크론으로 팽창되는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 마이크로스피어는 팽창 전에 직경이 6 내지 20 미크론이다.
가열 전에, 바람직한 열 분리 접착제 층 두께는 3 내지 100 미크론이고, 더 바람직하게는 5 내지 25 미크론이다. 가열 후, 이 층은 전형적으로 두께가 두배가 될 것이다.
TRA 제제의 조제는 액체 상태의 미리 혼합된 에너지 경화성 PSA를 계량된 중합 마이크로스피어(예를 들어, 중합 마이크로스피어 파우더)와 조합하고, 그 후 고전단 믹서(high shear mixer)로 혼합됨으로써 달성될 수 있다. 에너지 경화성 PSA를 갖는 파우더의 결과적인 현탁액은, 열 및 UV 방사의 공급원에 대한 노출이 회피되는 한 긴 시간 동안 액체 형태로 안정적으로 유지될 것이다.
TRA 제제는 캐리어 필름에 도포된다. 절적한 캐리어 필름은 생산 장비를 통해 이송되고 코팅될 수 있는 임의의 가요성 재료일 수 있다. 예를 들어, 이축연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 나일론 6 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 셀룰로스 아세테이트 또는 다른 필름 재료와 같은 중합 재료와, 종이와 같은 비중합 재료가 적절한 캐리어 필름을 구성한다.
마이크로스피어 활성화 온도가 초과되지 않는 한, 액체 접착제 도포에 적합한 방법이 캐리어 필름에 TRA 제제를 도포는데 사용될 수 있다. 예를 들어, TRA 제제의 적절한 층 두께는 와이어 랩 로드(wire wrapped rod)(예를 들어, #14 Meyers 로드)로 캐리어 필름 상에 드로잉 다운(drawing down) 됨으로써 또는 플렉서그래픽 인쇄 유닛(flexographic printing unit) 또는 그라비어 실린더(gravure cylinder)에 의해 달성될 수 있다. 액체 TRA 제제는 마이크로스피어 활성화 온도가 초과되지 않는 한 도포의 용이성을 위해[즉, 펌핑 또는 푸어링(pouring)을 용이하게 하기 위해] 점도를 감소시키도록 실온을 초과하여 가열될 수 있다. 얇은 층이 원하는 두께(예를 들어, 15 미크론 두께)로 캐리어 필름에 도포되었을 때, TRA는 예를 들어 코팅된 캐리어 필름을 40fpm으로 300Watts/in Hg 램프 아래로 지나가게 함으로써 UV 방사에 의해 경화될 수 있다. 대안적으로는, TRA 는 경화되지 않은 수지를 e-빔 경화 유닛을 통해 지나가게 함으로써 전자 빔 경화될 수 있다. 또한, 양 방법이 조합되어 사용될 수 있다.
경화되면, TRA 는 활성화되어 높은 점착 및 박리(peel) 강도[예를 들어, 박리 강도값은 약 5 내지 약 50 N/in임(ASTM D903-98)]를 가지며 원하는 결합 표면에 접촉될 준비가 된다. 예를 들어, 가요성 마이크로-옵틱 보안 필름은 TRA 및 캐리어 필름(즉, TRA 전사 필름)에 접촉되어, 래미네이트 구조물을 형성할 수 있고, 이 래미네이트 구조물은 열의 적용에 의해 결합을 분리하는 것이 바람직할 때까지 결합 상태로 유지된다.
이와 같이 형성된 전체 래미네이트 구조는 그 후에 단일 가요성 필름으로서 재권취 및 취급될 수 있고, 베이스 제조 필름의 박리, 마이크로-옵틱 필름의 노출 측에의 접착제의 도포, 다이 커팅, 프린팅, 금속화, 또는 다른 필름 변환 동작과 같은 추가의 가공을 가능케 한다. TRA의 접착제 결합은 그 후, 미세구조물을 TRA 전사 필름(예를 들어, TRA/60 게이지 PET 캐리어 필름)으로부터 최종 기판에 전사하는 것이 이로운 시점에 가열(예를 들어, 80 내지 220℃)에 의해 비활성화될 수 있다. 상기와 같이, 이러한 프로세스는 여권 보안 래미네이트의 생산, 유가 증권에의 보안 패치 또는 시일의 적용, 제품에의 라벨의 적용, 지폐에의 얇은 필름 또는 포일의 적용, 강성 기판에의 전도체 또는 절연 회로 구성요소의 적용, 및 표면에의 미세구조화 요소 또는 미세구조물의 다른 일반적인 적용에 유용할 수 있다.
TRA의 비활성화는 마이크로스피어의 중합 셀의 연화온도가 도달되거나 초과될 때는 언제든지 발생하여, 예열된 상태에 비해 접착 결합 강도의 큰 감소 및 부피 팽창(또는 발포)을 유발한다. TRA의 비활성화를 유발하는데 적합한 가열 방법은 가압 고온 공기, 가열된 롤러, 적외선 가열, 오븐 또는 핫플레이트 가열, 가열된 포일 스탬핑 롤러, 여권 래미네이터, 가열 슈, 가열 플래튼, 가열 욕 등을 포함한다.
"상하 비-동등성"을 갖는 미세구조물을 최종 기판에 전사하는 바람직한 프로세스에서, 연속 롤-투-롤 프로세스는 이하를 포함한다:
일회용 가요성 제조 기판에 미세구조물을 형성하는 단계,
미세구조물을 경화성 재료로 선택적으로 메우는 단계,
에너지 경화성 TRA를 액체 형태로 별도의 캐리어 필름에 도포하고, UV 광, e-빔 방사 또는 이들 양쪽 모두의 적용에 의해 경화시켜, "TRA 전사 필름"을 형성하는 단계,
가요성 제조 기판에 형성된 미세구조물을 TRA 전사 필름의 TRA 층에 함께 닙핑(nipping)하여, TRA 층의 감압성 접착제를 활성화시키고 접착제가 미세구조물을 TRA 층에 접착시키도록 하는 단계,
일회용 가요성 제조 기판을 박리하는 단계,
다른 열 및/또는 압력 활성화 접착제[예를 들어, 점착-프리(tack-free) 열-활성화 접착제], 프라이머 또는 코팅을 전사 필름에 도포하고, 이어서 전사 필름을 원하는 최종 치수로 슬리팅 또는 다이 컷팅하고, 커팅된 전사 필름을 스택(stacks)으로 시팅(sheeting)하거나 릴 또는 스풀에 재권취하여, "전사 준비 시스템"을 형성하는 단계를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 본 기술에 알려진 방법을 사용하여 미세구조물/TRA 전사 필름을 변환하는 단계,
전사 준비 시스템 상의 미세구조물을 열 래미네이션을 위한 최종 기판에 접촉시켜 접착제-코팅된 미세구조물을 최종 기판에 전사하는 단계로서, 열 및 압력이 전사 준비 시스템에 가해져, TRA 층의 마이크로스피어가 팽창(또는 발포)하도록 하고 감압성 접착제를 비활성화시키도록 하여, 최종 기판의 표면에 미세구조물이 전사되도록 하며, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는, 전사 단계, 및
비활성화된 TRA를 갖는 전사 필름을 재권취 및 폐기하고, 미세구조물이 표면에 새롭게 고정된 최종 기판을 원하는 바에 따라 추가 가공 또는 프린팅을 하기 위한 준비 상태로 남겨두는 단계.
예시적인 실시형태에서, 미세구조물은 보안 은선 또는 포일 형태의 다층 광학 시스템이며, 최종 기판은 지폐 용지이다. 이 예시적인 실시형태에서, 래미네이션의 열 및 압력은 보안 은선/포일이 지폐 용지에 확실하게 결합되도록 하며, 동시에 TRA의 비활성화 온도를 초과시켜 TRA 및 캐리어 필름이 보안 은선/포일로부터 분리되도록 한다. 이 프로세스는 보안 은선/포일을 지폐 용지에 전달하며, 이후에 비활성화된 TRA를 포함하는 캐리어 필름을 재권취 및 폐기하는 이로운 수단을 제공한다.
다른 예시적인 실시형태에서, 미세구조물은 다이-컷된 열-시일 라벨이며, 최종 기판은 제품 포장이다.
"상하 동등성"(즉, 단면 대칭)를 갖는 미세구조물을 전사하기 위한 본 발명 프로세스의 예시적인 실시형태에서, 정밀 주조 단층 또는 다층 미세구조물이 TRA 전사 필름에 직접적으로 형성되고, 그 후 미세구조물은 TRA 전사 필름으로부터 최종 기판에 전사된다. 이 구성에 있어서, 미세구조물 주조 단계 동안 TRA를 과열시키는 것을 회피하도록 주의를 기울여야 한다. 내부 수냉식 주조 표면(플렉서그래픽 칠 드럼에 필적함)과 조합된 낮은 점도를 갖는 주조 수지[네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트(거래 명칭 SR247로 Sartomer로부터 입수 가능)와 같은 자유롭게 유동시키는데 추가적인 열을 필요로 하지 않는 수지]가 패창가능 마이크로스피어의 과열 또는 조기 팽창의 유발 없이 TRA에 대해 미세구조물이 UV 경화될 수 있도록 한다.
바람직한 프로세스에서, 연속 롤-투-롤 프로세스는 이하를 포함한다:
액체 형태의 에너지 경화성 TRA를 별도의 캐리어 필름에 도포하고, UV 광, e-빔, 또는 이들 양쪽 모두의 적용에 의해 경화시켜, "TRA 전사 필름"을 형성하는 단계,
TRA 전사 필름에 미세구조물을 형성하는 단계,
미세구조물을 경화성 재료로 선택적으로 메우는 단계,
다른 열 및/또는 압력 활성화 접착제(예를 들어, 점착-프리, 열-활성화 접착제), 프라이머 또는 코팅을 전사 필름에 도포하고, 그 후 전사 필름을 원하는 최종 치수로 슬리팅 또는 다이 커팅하고, 커팅된 필름을 스택으로 시팅하거나 릴 또는 스풀에 권취하여, "전사 준비 필름"을 형성함으로써, 미세구조물/TRA 전사 필름을 변환하는 단계,
전사 준비 시스템의 미세조직을 열 래미네이션을 위한 최종 기판에 접촉시켜 접착제-코팅된 미세구조물을 최종 기판에 전사하는 단계로서, 열 및 압력이 전사 준비 시스템에 가해져, TRA 층의 마이크로스피어가 팽창(또는 발포)되도록 하고 감압성 접착제를 비활성화시켜, 최종 기판의 표면에 미세구조물이 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는, 전사 단계, 및
비활성화된 TRA를 갖는 전사 필름을 재권취 및 폐기하고, 미세구조물이 표면에 새롭게 고정된 최종 기판을 원하는 바에 따라 추가의 가공 또는 프린팅을 하기 위한 준비 상태로 남겨두는 단계.
예시적인 실시형태에서, 미세구조물은 임베디드 렌즈 어레이 구조물이고, 최종 기판은 레이저 각인가능 폴리카보네이트 기판이다. 여기서, 임베디드 렌즈 어레이 구조물은 높은 굴절률(RI)(예를 들어, n=1.5 내지 1.8) 폴리머로 메워진 낮은 RI(예를 들어, n=1.35 내지 1.45) 오목 중합 매트릭스로 구성되고, 적용된 접착제는 열-활성화 접착제이며, 전사 준비 필름의 임베디드 렌즈 어레이 구조물은 레이저 각인가능 폴리카보네이트 기판의 표면에 접촉되고, 임베디드 렌즈 어레이 구조물이 폴리카보네이트 기판의 표면에 열적으로 래미네이트되는 포인트까지 압력하에 가열된다. 이 실시형태에서, 래미네이션의 열 및 압력은 임베디드 렌즈 구조물이 의도된 폴리카보네이트 최종 기판에 확실하게 결합되도록 하며, 동시에 TRA의 비활성화 온도를 초과시켜 TRA 전사 필름이 임베디드 렌즈 구조물로부터 분리되도록 한다. 이 프로세스는, 렌즈 구조물을 통해 폴리카보네이트에 레이저 기입을 하는 것과 같은 추가적인 가공 단계가 발생할 수 있도록 렌즈 구조물을 레이저 각인가능 폴리카보네이트 표면의 표면에 전달하고, 광학적으로 가변적인 레이저 기입 효과를 제공하는 이로운 수단을 제공한다.
다른 예시적인 실시형태에서, 미세구조물은 반사 광학 시스템이고, 최종 기판은 통화 또는 지폐 용지이다. 이 실시형태에서, 반사 광학 시스템은 TRA 전사 필름에 대해 주조된다. (가요성 일회용 제조 기판에 전사하고 이후에 TRA 전사 필름에 전사하는 것 보다) 최종 기판에 광학장치를 전사하기 위해 사용될 TRA 전사 필름에 이러한 다층 미세구조물을 직접적으로 형성하는 것이 적합하다. 이는 반사 광학 시스템이 반사기측이 최종 기판을 향하는 상태로 작동하고, 그래서 이러한 방법으로 사용하는 것이 호환가능하며 이롭기 때문이다.
이 반사 광학 시스템을 생산하기 위해서, 이하의 방법이 사용될 수 있다. TRA의 얇은 층(예를 들어, 5 미크론)이 PET의 60 게이지 필름에 코팅되고 UV 광의 적용에 의해 경화된다. 그 다음, 아이콘 몰드로부터 주조되는 방사 경화 액체 폴리머(예를 들어, 아크릴레이티드 우레탄)에 보이드로서 아이콘이 형성되고, 그리고 나서 아이콘 보이드는 중합 아이콘 표면에 대해 그라비어-형 닥터 블레이딩에 의해 서브미크론 입자 색소 착색 재료로 충전되고, 그리고 나서 충전물은 적절한 수단(예를 들어, 용매 제거, 방사 경화, 또는 화학 반응)에 의해 응고되고, 그리고 나서 반사 렌즈 요소는 필름의 아이콘 측이 방사 경화성 폴리머로 충전된 렌즈 몰드에 대면하게 함으로써 충전 아이콘에 대해 주조되며, 폴리머는 UV 광 또는 다른 화학 방사선의 적용에 의해 응고된다. 그 다음, 렌즈 요소는 홀로그래픽 포일 제조의 기술분야에 알려져 있는 물리적 기상 증착 프로세스를 사용하여 (예를 들어, 알루미늄으로) 금속화된다. 금속화 후에, 선택적인 실링 층이 금속 코팅을 추가적으로 보호하기 위해 적용될 수 있고, 그 후 접착제, 예를 들어 점착-프리 열-활성화 폴리우레탄 포일링 접착제가 도포 및 건조된다. 그 다음, 전체 구조물[즉, 광학 미세구조물(아이콘 층/반사 렌즈 요소/금속 반사 층/실링 층/접착제 층)을 갖는 TRA 전사 필름]이 슬리팅되고 홀로그래픽 포일 전사 장비와 호환가능한 릴에 재권취됨으로써 그 최종 형태로 변환될 수 있다. 이 형태로, 열 및 압력의 적용에 의해 마이크로-옵틱 시스템이 TRA 전사 필름으로부터 그리고 최종 기판에 전사될 수 있다. 예를 들어, 상기 구조물은 포일링 다이가 140℃에서 압력을 가하는 동안 통화 또는 지폐 용지와 접촉될 수 있다. 이 온도에서, 포일링 접착제는 상기 구조물을 (반사기 요소를 갖는 측에 의해) 최종 용지 기판에 결합시키는 한편, TRA는 TRA 전사 필름으로부터의 마이크로-옵틱 시스템의 분리를 위한 메커니즘을 제공한다. 그리고 나서, 원하는 최종 제품(표면에 반사 마이크로-옵틱이 적용된 용지)이 재권취되고, 폐기물 TRA 전사 필름은 재권취 및 폐기 또는 재생된다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 미세구조물은 전도성 회로 트레이스이며, 최종 기판은 터치 스크린 디스플레이의 서브어셈블리를 구성하는 유리 기판이다. 이 실시형태에서, 열 및 압력은 전도성 회로 트레이스가 유리 기판에 결합되도록 하는 한편, TRA 전사 필름으로부터 분리되도록 한다. 이 프로세스는 롤-투-롤 기반으로 대량으로 미세구조물 전도성 회로 트레이스를 생산하고 후속하여 비가요성 최종 기판에 전달하는 수단을 제공하고, 경제적으로 생산된 터치 스크린 디스플레이의 서브어셈블리를 초래한다.
추가의 예시적인 실시형태에서, 미세구조물은 미세구조화 세라믹 전구체 폴리머의 규칙적인 어레이 형태이고, 최종 기판은 온도 감지 회절 격자를 형성하는 석영 기판이다. 이 실시형태에서, 열 및 압력은 세라믹 전구체 폴리머(앞으로 소성될 세라믹을 말함)의 '그린 경화(green cured)' 어레이가 TRA 전사 필름으로부터 떨어져서 석영 기판에 전사될 수 있도록 한다. 그 다음, 석영 및 세라믹 전구체는 고온(예를 들어, 1400 내지 1600℃)의 가마에서 소성되고, 석영 기판에 융합된 소결 세라믹 미세구조물을 초래한다.
이 프로세스는 롤-투-롤 기반으로 세라믹 전구체를 사용하여 대량으로 그리고 저온에서 미세구조화 회절 격자를 생산하고, 후속하여 비가요성 최종 기판에 전사하는 수단을 제공한다. 이러한 방식으로, 고온 소성과 같이 가요성 웹과 호환불가능한 추가의 프로세스가 발생할 수 있고, 극한의 온도 노출에 견딜수 있지만 경제적인 가요성 웹 프로세스를 사용하여 생산되는 미세구조화 세라믹 표면의 형성을 초래한다. 이 실시예에서, 석영 기판의 미세구조화 세라믹 격자는 온도 모니터 또는 변형 게이지로서 사용된다. 그 표면에서 레이저를 반사시키고 반사된 밝은 영역(구조적인 간섭의 영역) 사이의 거리를 측정함으로서, 온도 또는 변형으로 인한 홈 간격의 매우 정밀한 변화가 검출 및 산출될 수 있다.
이제 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 대체 프로세스에 대해 설명한다. 이 대체 프로세스는 전체적인 시스템 두께, 전사 속도, 시간에 걸친 안정성 및 전사된 미세구조물의 잔여물의 제거에 있어서 향상을 제공한다.
대체 프로세스는 열 활성화 접착제와 여전히 호환가능하며 함께 사용될 수 있지만, 대체 프로세스는 캐리어 필름으로부터의 미세구조물의 분리를 개시하기 위해 열의 사용을 필요로 하지 않는다(그리고 따라서 냉간 포일링 방법과 호환가능하다). 이 프로세스는 또한 포커싱 요소(예를 들어, 렌즈)와 아이콘 사이의 주조 스페이서와 호환가능하며, 도 1에 도시된 것과 같은 "스페이서-리스(spacer-less)" 구조로 제한되지 않는다. 부가적으로, 분리 층(들) 및 바인더 층(들)이 '충분히 경화'되고 안정된 경우, 예를 들어 가열된 포일링 동안 처하게 되는 온도는 캐리어의 제거를 용이하게 할 수 있으며, 이때 미세구조물에 잔여물을 남기지 않는다.
상기와 같이, 미세구조물을 전사하는 대체 프로세스는 이하를 채용한다:
1) 미세구조물의 상부 표면에 도포(및 합치)되며, 경화되는 하나 이상의 분리 코팅, 및
2) 미세구조물의 상부 표면의 경화된 분리 코팅(들) 및 캐리어 필름에 접촉된 상태에서 경화되는 하나 이상의 바인더 층.
이 층들은 함께, 이후에 미세구조물을 통화 용지와 같은 최종 기판에 전사하고 캐리어 필름을 폐기하는 것이 바람직할 때까지 미세구조물을 캐리어 필름에 확실하게 결합시키는 역할을 한다. 또한, 충분히 경화된 바인더를 채용함으로써, 온도 및 압력 불안정이 회피된다.
하나 이상의 바인더 층은, 바람직한 실시형태에서, 일반적으로 이하를 포함하는 에너지 경화성(예를 들어, UV 경화성) 바인더 제제로부터 조제된다:
(a) 약 0 내지 약 99.8중량%(바람직하게는, 약 10 내지 약 50중량%)의 에너지 경화성 폴리아크릴레이트 올리고머,
(b) 약 0 내지 약 99.8중량%(바람직하게는, 약 20 내지 약 80중량%)의 에너지 경화성 아크릴레이트 단위체, 및
(c) 약 0.2 내지 약 35중량%(바람직하게는, 약 1 내지 약 12중량%)의 자유 라디칼 광개시제.
바인더 제제는 연속 롤-투-롤 프로세스 동안 캐리어 필름과 미세구조물(여전히 제조 기판에 부착되어 있을 때)과의 사이에 적용될 수 있다. 상기 제제는 약 0.5 내지 약 25 미크론(바람직하게는 약 2 내지 약 10 미크론)의 범위의 두께로 적용되고, 상기 층들은 예를 들어 2개의 층이 층 사이의 경화되지 않은 수지와 합쳐지고 그 후 함께 경화되는 전통적인 습식 래미네이션 프로세스를 사용하여 결합된다. 캐리어 필름에 대한 비교적 강한 결합이 실현되어, 바인더 층(들)과 캐리어 필름과의 사이의 계면에서 분리가 결코 발생하지 않는다. 바람직한 실시형태에서, '프린트 수용' 표면 처리부를 갖는 캐리어 필름이 사용되고 한편 다른 바람직한 실시형태에서 캐리어 필름의 표면 에너지는 예를 들어 코로나 또는 플라즈마 전처리를 사용하는 생산 동안 변화된다.
보다 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 바인더 층이 이하를 포함하는 제제로부터 조제된다:
(a) Sartomer에 의해 거래 명칭 CN293으로 판매되는 40중량%의 에너지 경화성 폴리아크릴레이트 올리고머,
(b) Sartomer에 의해 거래 명칭 CD420으로 판매되는 60중량%의 에너지 경화성 아크릴레이트 단위체, 및
(c) IGM에 의해 거래 명칭 OMNIRAD 1000으로 판매되는 4중량%의 2개의 광개시제의 액체 혼합물.
바인더와 미세구조물(예를 들어, 마이크로렌즈-계 필름 구조물)과의 사이의 영구적인 결합을 방지하기 위해서, 미세구조물은 먼저 낮은 결합강도[즉, 1 N/in 미만의 박리 강도(ASTM D903-98)]를 갖는 '분리' 제제로 처리된다. 이 방식으로, 경화된 바인더는 캐리어 필름에 강하게 결합하고, 또한 경화된 분리 코팅 층(들)에 강하게 결합한다. 이 조합은 (제조 기판의 제거에 유리한) 한 세트의 조건하에서 강한 결합뿐만 아니라 (최종 기판에 미세구조물을 전사하는데 유리한) 다른 세트의 조건하에서 강한 결합도 제공한다.
하나 이상의 등각 분리 코팅 층은, 바람직한 실시형태에서, 일반적으로 이하를 포함하는 에너지 경화성(예를 들어, UV 경화성) 제제로부터 조제된다:
(a) 약 1 내지 약 98중량%(바람직하게는, 약 5 내지 약 20중량%)의 이소데실 아크릴레이트,
(b) 약 2 내지 약 50중량%(바람직하게는, 약 10 내지 약 35중량%)의 자유 라디칼 광개시제, 및
(c) 약 0 내지 약 90중량%(바람직하게는, 약 10 내지 약 80중량%)의 2-프로판올(이소프로필 알코올).
이소프로필 알코올에 의한 소정 희석 범위에 걸쳐 작용하는 것으로 알려진 상기 제제는 롤 코팅, 또는 유체를 가요성 기판에 도포하는 다른 적절한 방법[예를 들어, 플렉서 코팅, 아니록스 코팅, 그라비어 코팅, 계량 로드(Meyer bar), 커튼 코팅, 로터리 스크린, 실크 스크린, 액침, 리버스 롤, 나이프-오버-롤(knife-over-roll), 갭 코팅, 또는 에어 나이프]에 의해 약 0.1 내지 약 10 미크론, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 미크론의 두께로 적용된다. 제제의 점도는 약 2 내지 약 50 센티푸아즈(cp)(바람직하게는, 약 5 내지 약 15 cp)이며, 제제가 미세구조물의 표면에 합치될 수 있도록 한다. 분리 코팅 층(들)은, 완전한 경화 전과 후의 양자 모두에 있어서, 충분히 낮은 계면 결합 강도를 갖는다. 특히, 계면 결합 강도는, 미세구조물이 접착제에 의해 최종 기판에 결합되고 캐리어 필름이 박리될 때, 미세구조물과 분리 코팅 층(들)의 계면에서 분리가 발생할 만큼 충분히 낮다. 분리의 용이성은 분리 코팅의 구성요소 특성에 의해 제어된다. 예를 들어, 낮은 유리 전이 온도(Tg= -60℃)를 갖는 이소데실 아크릴레이트와 같은 단일기능 구성요소는, 폴리머 분자 당 더 많은 수의 반응 사이트를 갖는 트리메틸올프로판 에톡시 트리아크릴레이트(TMPEOTA)(Tg= 37℃)와 같은 더 높은 기능성 구성요소보다 훨씬 더 낮은 결합 강도를 가질 것이다. 열간 또는 냉간 포일링 동작 동안, 이러한 결합을 파괴하는데 필요한 힘은 캐리어 필름이 미세구조물로부터 당겨지고 폐기물 릴에 재권취될 때 장력으로서 공급된다.
보다 바람직한 실시형태에서, 릴릴스 제제는 이하를 포함한다:
(a) 10중량%의 이소데실 아크릴레이트,
(b) IGM에 의해 거래 명칭 OMNIRAD 1000으로 판매되는 30중량%의 2개의 광개시제의 액체 혼합물, 및
(c) 60중량%의 이소프로필 알코올.
이러한 구성을 사용하여 강한 결합 또는 약한 결합을 제공하는 조건은 분리의 지오메트리에 의해(즉, 제조 기판이 캐리어 필름에 대해 박리되는 각도에 의해) 결정된다. 낮은 박리 각도(즉, 90° 초과 내지 약 180°의 둔각)에서는, 더 큰 면적에 걸친 힘의 분포로 인해 캐리어와 미세구조물과의 사이에 결합이 강하다(물 층이 사이에 개재되어 있는 2개의 편평한 유리 플레이트를 분리하는 것의 곤란성과 유사함). 높은 박리 각도(즉, 90° 미만 내지 약 0°의 예각)에서는, 응력이 더 작은 영역에 집중되어, 응력의 공급원에 가장 가까운 계면에서의 결합을 파괴하고, 미세구조물과 캐리어 필름과의 사이의 결합의 붕괴 없이 제조 기판이 제거될 수 있도록 한다. 제조 기판이 제거되고 접착제가 도포되면, 미세구조물은 상업적인 포일링 유닛(예를 들어, Leonard Kurz MHS 포일링 기계) 또는 여권 책자 래미네이팅 기계 상의 용지와 같은 최종 기판에 도포될 수 있다. 이 장비는 캐리어 필름을 들어올려 재권취 및 폐기하도록 설계되고, 이 들어올리는 프로세스는 분리 코팅 계면에서의 미세구조물과 필름과의 사이의 결합을 용이하게 파괴한다.
이제 도 1을 상세하게 참조하면, 미세조직을 최종 기판에 전사하는 이 대체 프로세스의 일 실시형태의 개략적인 순서도가 10으로 개괄적으로 도시되어 있다. 본 발명 프로세스는 이 예시적인 실시형태에서 이하를 포함하는 연속 롤-투-롤 프로세스이다:
일회용 제조 기판의 표면의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계[도 1에 프로세스 단계 (A) 및 (B)로 개괄적으로 도시됨],
미세구조물의 표면에 하나 이상의 분리 코팅 층을 도포하고, 이때 분리 코팅 층(들)은 미세구조물 표면에 합치되며, 그 후 분리 코팅 층(들)을 경화시키는 단계[도 1의 프로세스 단계 (C)에 개괄적으로 도시됨],
캐리어 필름의 표면 및 선택적으로는 또한 미세구조물의 경화된 분리 코팅 표면에 하나 이상의 바인더 층을 도포하고, 이 표면들이 서로 접촉하고 있는 동안 바인더 층(들)을 경화시키는 단계[도 1의 프로세스 단계 (D)에 개괄적으로 도시됨],
이제 캐리어 필름에 결합된 미세구조물로부터 일회용 제조 기판을 기계적으로 제거하는 단계[도 1의 프로세스 단계 (E)에 개괄적으로 도시됨],
다른 열 및/또는 압력 활성화 접착제(예를 들어, 점착-프리 열-활성화 접착제), 프라이머 또는 코팅을 필름 구조체에 도포하고[도 1의 프로세스 단계 (F)에 개괄적으로 도시됨], 이 후 필름 구조체를 원하는 최종 치수로 슬리팅 또는 다이 컷팅하고[도 1의 프로세스 단계 (G)에 개괄적으로 도시됨], 커팅된 필름 구조체를 스택으로 시팅하거나 릴 또는 스풀에 재권취하여, "전사 준비 시스템"을 형성하는 단계를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 본 기술에 알려진 방법을 사용하여 결합된 또는 래미네이션된 필름 구조체를 변환하는 단계,
전사 준비 시스템의 미세구조물을 열 래미네이션을 위한 최종 기판에 접촉시켜[도 1의 프로세스 단계 (H)에 개괄적으로 도시됨] 접착제-코팅된 미세구조물을 최종 기판에 전사하는 단계로서, 열 및 압력이 전사 준비 시스템에 가해지고 그 후 캐리어 필름이 미세구조물로부터 들어올려져 미세구조물과 분리 코팅 층(들)과의 사이에 분리를 유발하여, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는, 전사 단계, 및
캐리어 필름을 재권취 및 폐기하고[도 1의 프로세스 단계 (I)에 개괄적으로 도시됨), 미세구조물이 표면에 새롭게 고정된 최종 기판을 원하는 바에 따라 추가로 가공하거나 프린팅 하기 위한 준비 상태로 남겨두는 단계를 포함한다.
상기와 같이, 이 대체 프로세스는 전체적인 시스템 두께 및 전사 속도의 향상을 제공한다. 바인더 층(들)은 필름 사이에서 경화되고, 이 필름들에 의해 바인더는 필름 사이에서 매우 얇은 층으로 펴지게 되며, 따라서 전체적인 시스템 캘리퍼가 감소된다. 접착제의 용융을 늦추는 열용량으로서 작용하는 재료가 적을 때 시스템을 통한 열의 전도는 더 빨라지기 때문에, 이러한 캘리퍼의 감소는 작업 속도 향상으로 이어진다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 달리 규정하지 않는 한, 여기서 사용된 모든 기수적 및 과학적 용어는 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기서 언급된 모든 공보, 특허출원, 특허 및 다른 참고문헌은 그 전체가 참조로 통합된다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서는 조정될 것이다. 또한, 재료, 방법 및 예는 단지 예시이며 제한하려는 것은 아니다.

Claims (35)

  1. 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 전사 필름으로서, 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 접착제 또는 바인더 층을 포함하고, 미세구조물은, 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅되는 보이드, 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역, 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물인, 전사 필름
  2. 제1항에 있어서, 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 열 분리 접착제 층을 포함하고, 하나 이상의 열 분리 접착제 층은 복수의 팽창가능 마이크로스피어 및 하나 이상의 감압성 접착제로 구성되는, 전사 필름.
  3. 제2항에 있어서, 미세구조물은 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 표면에 접착되고, 미세구조물과 하나 이상의 열 분리 접착제 층과의 사이의 접착력은 하나 이상의 열 분리 접착제 층이 약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 감소하는, 전사 필름.
  4. 제2항에 있어서, 복수의 팽창가능 마이크로스피어는, 약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 팽창 및/또는 발포를 시작하는 폴리머 마이크로스피어인, 전사 필름.
  5. 제2항에 있어서, 하나 이상의 열 분리 접착제 층은 약 25 내지 약 99중량%의 에너지 경화성 감압성 접착제 제제 및 약 1 내지 약 75중량%의 팽창가능 마이크로스피어를 포함하는 제제부터 조제되는, 전사 필름.
  6. 제5항에 있어서, 에너지 경화성 감압성 접착제 제제는,
    약 5 내지 약 95중량%의 하나 이상의 탄성중합체 올리고머,
    약 1 내지 약 75중량%의 하나 이상의 점착성강화 수지,
    약 0.5 내지 약 75중량%의 하나 이상의 반응성 단위체 희석제, 및
    약 0.1 내지 약 15중량%의 하나 이상의 광개시제,
    를 포함하는 전사 필름.
  7. 제1항에 있어서, 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 경화된 바인더 층을 포함하고, 하나 이상의 경화된 바인더 층은 하나 이상의 에너지 경화성 폴리아크릴레이트 및 자유 라디칼 광개시제로 구성되는, 전사 필름.
  8. 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 접착제 또는 바인더 층으로 구성된 전사 필름을 사용하는 방법으로서,
    미세구조물은 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅되는 보이드, 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역, 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물이고,
    상기 방법은, 전사 필름을 (a) 미세구조물을 연속 롤-투-롤 프로세스에서 최종 기판에 전사하기 위해 사용하거나, 또는 (b) 미세구조물의 생산 동안 제조 기판으로서 사용하고, 그 후 미세구조물을 연속 롤-투-롤 프로세스에서 최종 기판에 전사하기 위해 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 전사 필름은 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이사의 열 분리 접착제 층으로 구성되고, 하나 이상의 열 분리 접착제 층은 복수의 팽창가능 마이크로스피어 및 하나 이상의 감압성 접착제로 구성되는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 전사 필름은 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 경화된 바인더 층으로 구성되고, 하나 이상의 경화된 바인더 층은 하나 이상의 에너지 경화성 폴리아크릴레이트 및 자유 라디칼 광개시제로 구성되는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 미세구조물은 보안 은선 또는 포일로 변환된 다층 광학 구조물의 형태이고, 최종 기판은 지폐 용지인, 방법.
  12. 제8항에 있어서, 미세구조물은 다이-컷된 열-시일 라벨로 변환된 단층 또는 다층 구조물의 형태이고, 최종 기판은 제품 포장인, 방법.
  13. 제8항에 있어서, 미세구조물은 임베디드 렌즈 어레이 구조물의 형태이고, 최종 기판은 레이저 각인가능 폴리카보네이트 기판인, 방법.
  14. 제8항에 있어서, 미세구조물은 보안 은선 또는 포일로 변환된 반사 광학 시스템의 형태이고, 최종 기판은 지폐 용지인, 방법.
  15. 제8항에 있어서, 미세구조물은 전도성 회로 트레이스이고, 최종 기판은 터치 스크린 디스플레이의 서브어셈블리를 구성하는 유리 기판인, 방법.
  16. 제8항에 있어서, 미세구조물은 미세구조화 세라믹 전구체 폴리머의 규칙적인 어레이의 형태이고, 최종 기판은 온도 감지 회절 격자를 형성하는 석영 기판인, 방법.
  17. 미세구조물을 최종 기판에 전사하기 위한 프로세스로서, 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 접착제 또는 바인더 층으로 구성된 전사 필름이 연속 롤-투-롤 프로세스에서 이하의 동작을 거치게 하는 것을 포함하는 프로세스:
    미세구조물을 전사 필름의 하나 이상의 접착제 또는 바인더 층의 표면에 형성하거나 또는 전사하는 단계로서, 미세구조물은, 실질적으로 평평한 표면의 보이드로서, 다른 재료로 선택적으로 충전 또는 코팅되는 보이드, 실질적으로 평평한 표면의 상승된 영역, 또는 이들의 조합을 포함하는 단층 또는 다층 구조물인 단계, 및
    그 후 미세구조물을 전사 필름으로부터 최종 기판의 표면에 전사하는 단계.
  18. 제17항에 있어서, 전사 필름은 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 열 분리 접착제 층으로 구성되고, 하나 이상의 열 분리 접착제 층은 복수의 팽창가능 마이크로스피어 및 하나 이상의 감압성 접착제로 구성되는, 프로세스.
  19. 제18항에 있어서, 하나 이상의 열 분리 접착제 층과 그 표면에 형성 또는 전사된 미세구조물과의 사이의 접착력은, 하나 이상의 열 분리 접착제 층이 약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 감소하는, 프로세스.
  20. 제18항에 있어서, 팽창가능 마이크로스피어는 약 60℃ 초과의 온도까지 가열될 때 팽창 및/또는 발포를 시작하는 폴리머 마이크로스피어인, 프로세스.
  21. 제18항에 있어서, 하나 이상의 열 분리 접착제 층은 약 25 내지 약 99중량%의 에너지 경화성 감압성 접착제 제제 및 약 1 내지 약 75중량%의 팽창가능 마이크로스피어를 포함하는 제제로부터 조제되는, 프로세스.
  22. 제21항에 있어서, 에너지 경화성 감압성 접착제 제제는,
    약 5 내지 약 95중량%의 하나 이상의 탄성중합체 올리고머,
    약 1 내지 약 75중량%의 하나 이상의 점착성강화 수지,
    약 0.5 내지 약 75중량%의 하나 이상의 반응성 단위체 희석제, 및
    약 0.1 내지 약 15중량%의 하나 이상의 광개시제를 포함하는, 프로세스.
  23. 제18항에 있어서,
    일회용 제조 기판의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계,
    전사 필름의 표면에 압력을 가하면서 형성된 미세구조물을 전사 필름의 표면에 접촉시켜, 전사 필름의 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 감압성 접착제를 활성화시키고 미세구조물을 전사 필름의 표면에 접착시키는 단계,
    일회용 제조 기판을 박리하는 단계;
    하나 이상의 열 및/또는 압력 활성화 접착제를 전사 필름의 미세구조물에 도포하는 단계,
    전사 필름에 열 및 압력의 양자 모두를 가하면서 전사 필름의 접착제 코팅된 미세구조물을 최종 기판의 표면에 접촉시켜, 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 마이크로스피어가 팽창 또는 발포되도록 하고 감압성 접착제를 비활성화시켜, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물의 접착제를 활성화시켜, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는 단계를 포함하는, 프로세스.
  24. 제23항에 있어서, 미세구조물은 연속 프로세스에서 미리설계된 보이드 및/또는 상승된 영역의 패턴을 갖는 미세구조화 표면으로부터 일회용 제조 기판의 표면에 주조되는, 프로세스.
  25. 제23항에 있어서, 일회용 제조 기판의 표면에 미세구조물을 형성하기 전에 이 표면에 코팅을 도포하는 단계를 더 포함하고, 상기 코팅은 낮은 표면 에너지를 갖는 하나 이상의 폴리머로 조제되는, 프로세스.
  26. 제25항에 있어서, 낮은 표면 에너지를 갖는 하나 이상의 폴리머는 자외선 경화성 실리콘-변성 폴리아크릴레이트인, 프로세스.
  27. 제18항에 있어서,
    전사 필름의 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계,
    전사 필름에 형성된 미세구조물에 하나 이상의 열 및/또는 압력 활성화 접착제를 도포하는 단계,
    전사 필름에 열 및 압력의 양자 모두를 가하면서 접착제 코팅된 미세구조물을 최종 기판의 표면에 접촉시켜, 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 마이크로스피어가 팽창 또는 발포되도록 하고 감압성 접착제를 비활성화시켜, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는 단계를 포함하는, 프로세스.
  28. 제27항에 있어서, 미세구조물은 연속 프로세스에서 미리설계된 보이드 및/또는 상승된 영역의 패턴을 갖는 미세구조화 표면으로부터 전사 필름의 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 표면에 주조되는, 프로세스.
  29. 제27항에 있어서, 전사 필름의 하나 이상의 열 분리 접착제 층의 표면에 미세구조물을 형성하기 전에 이 표면에 코팅을 도포하는 단계를 더 포함하고, 상기 코팅은 낮은 표면 에너지를 갖는 하나 이상의 폴리머로 조제되는, 프로세스.
  30. 제29항에 있어서, 낮은 표면 에너지를 갖는 하나 이상의 폴리머는 자외선 경화성 실리콘-변성 폴리아크릴레이트인, 프로세스.
  31. 제17항에 있어서, 전사 필름은 캐리어 필름 및 캐리어 필름의 표면의 하나 이상의 경화된 바인더 층으로 구성되고, 하나 이상의 경화된 바인더 층은 하나 이상의 에너지 경화성 폴리아크릴레이트 및 자유 라디칼 광개시제로 구성되는, 프로세스.
  32. 제17항에 있어서,
    일회용 제조 기판의 표면에 미세구조물을 형성하는 단계,
    미세구조물의 표면에 하나 이상의 분리 코팅 층을 도포하고, 이때 하나 이상의 분리 코팅 층은 미세구조물의 표면에 합치되며, 그 후 하나 이상의 분리 코팅 층을 경화시키는 단계,
    캐리어 필름의 표면 및 선택적으로는 또한 미세구조물의 경화된 분리 코팅 표면에 하나 이상의 바인더 층을 도포하고, 이 표면들이 서로 접촉되어 있는 동안 하나 이상의 바인더 층을 경화시키는 단계,
    이제 캐리어 필름에 결합된 미세구조물로부터 일회용 제조 기판을 기계적으로 제거하느 단계; 및 그 후
    미세구조물을 캐리어 필름으로부터 최종 기판의 표면에 전사하는 단계를 포함하는, 프로세스.
  33. 제32항에 있어서, 미세구조물은 연속 프로세스에서 미리설계된 보이드 및/또는 상승된 영역의 패턴을 갖는 미세구조화 표면으로부터 일회용 제조 기판의 표면에 주조되는, 프로세스.
  34. 제32항에 있어서, 하나 이상의 분리 코팅 층은 이소데실 아크릴레이트, 자유 라디칼 광개시제, 및 선택적으로는 이소프로필 알코올로 구성되는, 프로세스.
  35. 제32항에 있어서,
    하나 이상의 열 및/또는 압력 활성화 접착제를 캐리어 필름의 미세구조물에 도포하는 단계,
    캐리어 필름의 접착제 코팅된 미세구조물을 최종 기판의 표면에 접촉시키는 단계,
    열 및 압력의 양자 모두를 캐리어 필름에 가하고 그 후 캐리어 필름을 미세구조물로부터 들어올려 미세구조물과 하나 이상의 분리 코팅 층과의 사이에 분리를 유발하여, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 전사되도록 하고, 동시에 미세구조물 상의 접착제를 활성화시켜, 미세구조물이 최종 기판의 표면에 접착되도록 하는, 프로세스.
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