KR20160061748A

KR20160061748A - 인쇄 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR20160061748A
Application number: KR1020140164528A
Authority: KR
Inventors: 국윤호; 최성우; 한용희
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2016-06-01
Also published as: KR102279275B9; KR102279275B1

Abstract

본 발명은 미경화 불량을 방지하고 패턴 형성된 층간 정렬의 정확성을 꾀한 인쇄 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명의 인쇄 장치는 내부에 발광부를 갖고, 표면이 투명한 실린더 형상의 인쇄 롤과, 상기 인쇄 롤 표면에 장착되며, 돌출 패턴을 구비한 롤 몰드와, 상기 인쇄 롤과 인접하며, 상기 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤과의 사이에 이송된 기재와 접하는 백업 롤과, 상기 기재의 진행 방향에서 상기 인쇄 롤에 앞서 상기 롤 몰드와 상기 기재의 면접촉 여부를 조절하는 접촉 제어 롤 및 상기 롤 몰드 주변에 위치한 검사 카메라를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법 {Printing Apparatus and Method for Forming Patterns Using the Same}

본 발명은 인쇄 장치에 관한 것으로, 특히 미경화 불량을 방지하고 패턴 형성된 층간 정렬의 정확성을 꾀한 인쇄 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비 전력화의 우수한 성능을 지닌 여러가지 다양한 평판 표시 장치 (Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(CRT: Cathode Ray Tube)을 빠르게 대체하고 있다.

이 같은 평판 표시 장치의 구체적인 예로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel Device: PDP), 전계방출 표시 장치(Field Emission Display Device: FED), 전기발광 표시 장치 (Electro Luminescence Display Device: ELD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시 패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광 또는 광학 이방성을 갖는 물질층을 사이에 두고 한쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.

이러한 평판 표시 장치는 증착(코팅) 공정, 마스크를 이용하는 노광 공정, 현상 공정 및 식각 공정 등을 포함하는 포토리소그래피 방식에 의해 형성되는 다수의 박막으로 이루어진다. 그러나, 이러한 포토리소그래피 방식은 제조 공정이 복잡하여 제조 단가를 상승시키는 문제가 있다. 이에 따라, 근래에는 포토리소그래피 방식과 달리 마스크의 사용을 배제하는 인쇄 방식이 제안되고 있다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이며 특히 인쇄 장치에 대해 안출한 것으로 미경화 불량을 방지하고 패턴 형성된 층간 정렬의 정확성을 꾀한 인쇄 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인쇄 장치는 내부에 발광부를 갖고, 표면이 투명한 실린더 형상의 인쇄 롤과, 상기 인쇄 롤 표면에 장착되며, 돌출 패턴을 구비한 롤 몰드와, 상기 인쇄 롤과 인접하며, 상기 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤과의 사이에 이송된 기재와 접하는 백업 롤과, 상기 기재의 진행 방향에서 상기 인쇄 롤에 앞서 상기 롤 몰드와 상기 기재의 면접촉 여부를 조절하는 접촉 제어 롤 및 상기 롤 몰드 주변에 위치한 검사 카메라를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 패턴 형성시 기재의 면접촉이 가능하며, 검사 카메라를 통해 복수층이 있을 때, 이전 층의 패턴에 대응되어 형성될 패턴의 위치를 검사하며 패턴 형성이 이루어질 수 있어, 층별 패턴의 정렬의 정확성이 얻어진다.

또한, 상술한 인쇄 장치를 이용한 패턴 형성 방법은, 기판 상에 제 1 패턴 형성층을 포함한 기재를 준비하는 단계와, 표면이 투명한 실린더 형상이며, 상기 표면에 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤과, 백업롤 사이에 들어오도록, 상기 기재를 이송시키는 단계 및 상기 기재의 진행 방향에서 상기 인쇄 롤에 앞서 있는 접촉 제어 롤을 이용하여 상기 기재를 들어올려, 상기 롤 몰드와 접하는 상기 제 1 패턴 형성층을 면접촉시키며, 면접촉 부위의 제 1 패턴 형성층을 임프린트시키고, 광조사하여 경화된 제 1 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 기본적인 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴 형성 방법에 이어, 상기 제 1 패턴을 형성하는 단계 후, 상기 인쇄 롤에 장착된 롤 몰드를 제 2 패턴 형성용으로 교체하는 단계와, 상기 제 1 패턴을 포함한 상기 기판 상에 제 2 패턴 형성층을 코팅하는 단계와, 상기 제 2 패턴 형성층을 갖는 상기 기판 상의 얼라인 키를, 상기 인쇄 롤 주변의 카메라를 통해 조사하여 상기 기판과 상기 인쇄 롤을 정렬시키는 단계 및 상기 인쇄 롤에 장착된 제 2 패턴 형성용 롤 몰드를 이용하여 백업 롤 사이에 상기 제 2 패턴 형성층을 임프린트 및 광조사하여 제 2 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하도록 하여, 제 1 패턴 형성 후 제 2 패턴 형성시 제 1 패턴의 위치를 카메라를 통해 파악하며 패턴 형성이 이루어질 수 있어, 층별 패턴의 정렬의 정확성이 얻어진다.

상기와 같은 본 발명의 인쇄 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 인쇄 장치는 기판(기재)의 진행 방향에서 인쇄 롤에 앞서 상기 기판(기재)를 들어올릴 수 있는 접촉 제어 롤을 구비하여, 인쇄 롤과 기판간의 면접촉을 유도하여, 인쇄 롤 내부에서 나오는 광이 골고루 면접촉된 기판 상의 패턴 형성층에 전달되어 형성되는 패턴의 균일성을 꾀할 수 있다.

또한, 본 발명의 인쇄 장치는 검사 카메라를 인쇄 롤 주변에 구비하고, 이를 인쇄 롤과 함께 이동시켜, 이전 층의 패턴 형성 후, 그 위치 정보를 다음 층의 패턴 형성시 이용하게 하여, 복수층 형성시 패턴간 정렬의 정확성이 얻어진다.

또한, 본 발명의 인쇄 장치는 인쇄 롤의 X축, Y축, Z축 이동 및 Θ각 보정이 가능하게 하여, 이전 층의 패턴 형성 후, 다음층의 패턴 형성층의 영역의 정위치에서 벗어났을 경우, 상기 인쇄 롤의 위치를 조정하여, 인쇄 롤에 대응된 다음층의 패턴 형성층과 정상 정렬을 유도할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤을 나타낸 단면도 및 사시도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 패터닝 방법을 나타낸 개략도
도 3a 및 도 3b는 인쇄 장치를 이용한 패턴의 경화시 부분 미경화 상태와 완전 경화 상태를 나타낸 사진
도 4는 본 발명의 인쇄 장치를 위에서 바라본 도면
도 5는 도 4의 인쇄 롤 및 이의 축과 연결부를 나타낸 상면도
도 6은 도 4의 사시도
도 7은 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 순서도
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 인쇄 장치를 이용하여 제 1 층 인쇄시를 나타낸 평면도 및 단면도
도 9a 및 도 9b는 제 1 실시예에 따른 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 제 2층 인쇄 전 정렬 상태를 나타낸 도면
도 10a 및 도 10b는 제 2 실시예에 따른 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 제 2층 인쇄 전 정렬 상태를 나타낸 도면
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 제 2 층 인쇄시를 나타낸 평면도 및 단면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 인쇄 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 대해 설명한다.

이하 설명하는 인쇄 장치는 기본적으로 기재(기판 또는 패턴 형성층이 코팅된 기판)의 이송을 제어하는 제어부를 포함하고, 패턴 형성층 재료를 공급하는 재료 공급부 및 상기 제어부를 작업자가 동작시키도록 특정 키를 포함한 작업 패널을 포함하나, 이들 구성은 통상의 구성은 따른 것으로 생략하며, 주로 패턴 형성층과의 인쇄 롤간의 접촉 정도를 제어할 수 있으며, 또한, 복수의 패턴층들간의 정렬 정도를 분석할 수 있는 인쇄 롤과 그 주변 구성을 구체적으로 살펴본다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤을 나타낸 단면도 및 사시도이다.

도 1a 및 도 1b와 같이, 본 발명의 인쇄 롤(100)은, 일 방향으로 긴 실린더(cylinder) 형상이며, 실린더의 안쪽에 실린더의 길이의 방향으로 배치된 어레이 상의 발광부(150)를 갖는다. 그리고, 상기 발광부(150)는 하나 이상의 LED 또는 발광 램프가 이격되어 배치되며, 기판 상의 패턴 형성층(미도시)으로 광을 조사(irradation)할 수 있도록 특정의 조사각 범위(α)를 갖는다. 또한, 상기 발광부(150)의 광원은 광 조사 영역에서 균일한 에너지의 광 전달을 위해 일정한 이격 간격으로 복수개 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 인쇄 롤(100)의 표면과 롤 몰드(110)는 투명하여, 상기 발광부(150)에서 나오는 광이 조사각 범위에서 인접한 기판(도 2a의 200 참조) 상의 패턴 형성층(도 2a의 210 참조)에 전달된다.

그리고, 상기 인쇄 롤(100)의 표면에는, 투명하며, 베이스 필름(110a)과 상기 베이스 필름(110a)으로부터 일정 두께 돌출된 돌출 패턴(110b)으로 이루어진 롤 몰드(110)가 장착되어 있다.

또한, 상기 발광부(150)는 온/오프가 제어 가능하며, 패턴 형성층과 롤 몰드(110) 사이의 일정 면적 이상 면접촉을 가질 때, 온 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 발광부(150)가 조사하는 광은 자외선 광으로, 패턴 형성층은 자외선 경화성 수지를 포함하며, 상기 발광부(150)의 발광 조건은 상기 자외선 경화성 수지의 재질 및 두께에 따라 조절될 수 있다.

상기 롤 몰드(110)는 또한 플렉서블하며, 상기 인쇄 롤(100)에 탈착이 가능하다. 그리고, 롤 몰드(110)는 대면된 패턴 형성층에 패턴을 정의하기 위한 특정의 돌출 패턴(110)이 구비되기 때문에, 기판 상에 만일 복수층의 다른 패턴을 갖는 층들이 형성된다면, 각 층들에 대해 서로 다른 (돌출) 패턴을 갖는 롤 몰드(110)가 구비될 수 있다. 따라서, 복수층을 동일 인쇄 롤(100)을 이용하여 패턴을 형성한다면, 각 층별 패턴 형성층을 코팅 후, 동일한 인쇄 롤(100)에 해당 패턴을 정의하기 위한 롤 몰드(110)로 교체하여 서로 다른 형상의 복수층의 패턴을 형성 가능하다. 그리고, 상기 롤 몰드(110)의 교체는 이전 층의 패턴을 형성 후 다음 층의 패턴 형성층의 코팅된 면이 공급되기 전까지 사이에 이루어진다.

상기 롤 몰드(110)가 갖는 돌출 패턴(110b)은 일예에 한한 것이며, 돌출 패턴(110b)의 간격 및 폭은 1nm ~10mm 단위로 변경 가능 가능하며, 돌출 패턴(110)의 두께는 형성하고자 하는 패턴의 두께에 따라 달라질 수 있다.

이하, 본 발명의 인쇄 롤을 이용하여 패터닝 하는 방법에 대해 살펴본다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 패터닝 방법을 나타낸 개략도이다.

도 2a와 같이, 인쇄 롤(100)은, 백업 롤(300)과 인접하게 배치되어, 상기 인쇄 롤(100)과 백업 롤(300) 사이로 기판(200) 상에 패턴 형성층(210)을 포함한 기재가 들어온다. 여기서, 상기 패턴 형성층(210)은 경화되지 않은 재료로 상기 인쇄 롤(100)에 장착된 롤 몰드(110)와 접하여, 대향면에서, 상기 롤 몰드(110)의 돌출 패턴(110b)이 임프린트(imprint)되며, 나머지 재료가 롤 몰드(110)의 요부로 채워져 패턴이 정의된다. 즉, 상기 패턴 형성층(210)에 롤 몰드(110)가 접촉시 패턴 형성층(210)의 미경화 재료는 롤 몰드(110)의 요부에 해당하는 베이스 필름(110a)의 표면까지 닿도록 채워지며, 롤 몰드(110)의 요부에 패턴 형성층(210)의 재료가 채워진 접촉된 상태로 인쇄 롤(100) 내부 발광부(150)의 광조사를 받아 패턴의 정의와 광경화가 함께 진행되는 것이다.

이러한 패턴 정의 과정에서, 상기 기판(200)의 배면은 상기 백업 롤(300)과 만난다. 상기 백업 롤(300)과 인쇄 롤(100)은 상하 이동(Z축 이동) 및 X,Y축 이동이 가능한 것으로, 패턴 형성층(210)이 코팅된 기판(200)이 공급될 때, 이격되어 있던 백업 롤(300)과 인쇄 롤(100) 사이가 각각 상하 이동을 통해 서로 인접하게 되며, 그 사이에 패턴 형성층(210)이 코팅된 기판(200)이 통과될 수 있는 수준으로 인접하게 유지한다.

이 경우, 상기 기판(200) 및 패턴 형성층(210)은 일체형으로 인쇄 롤(100)과 백업 롤(300) 사이에 들어오게 되며, 인쇄 롤(100)과 백업 롤(300)이 위 아래에서 접촉 및 압력을 가하며 상기 돌출 패턴(110b) 사이 사이에 채워져 상기 패턴 형성층(210)에 패턴이 정의된다.

여기서, 상기 기판(200)은 폴리머, 금속, 혹은 얇은 유리 기판이거나 복합 구조물일 수 있으며, 0.01mm 내지 1mm 의 두께 수준에서, 롤투롤(roll-to-roll)로 공급될 수 있는 것이면 된다. 또한, 상기 패턴 형성층(210) 역시 미경화 상태이며, 이는 기판 상에 형성될 수 있는 어느 한 층이 되는 것으로, 1nm 에서 100㎛의 두께로 코팅될 수 있다.

그리고, 상기 백업 롤(300)은 상기 인쇄 롤(100)과의 사이의 기재(기판+패턴 형성층)가 맞물려지도록, 인쇄 롤(100)의 형상과 유사한 실린더 상으로 인쇄 롤(100)과 평행하게 길게(지면을 관통하는 방향으로) 형성된다.

한편, 상기 백업 롤(300)은 상기 기판(200)의 배면에 접촉되는 것으로, 기판(200) 배면에 닿았을 때, 충격이나 손상을 방지하도록 고무 또는 실린더 성분의 블랭킷(310)이 표면에 감겨 있다.

그런데, 도 2a는 상기 패턴 형성층(210)이 코팅된 기판(200)의 초입부에 해당하는 것으로 상기 롤 몰드(100)의 돌출 패턴(110b) 사이의 베이스 필름(110a)과 단일의 패턴(210a)이 접하여 있는 상태를 나타내고 있다 (도면을 일 단면으로 단일의 패턴(210a)만 도시된 상태가 나타나 있으나, 상기 인쇄 롤(100)의 길이 방향에 위치한 패턴(210a)이 선상으로 접하여 있다).

이는 평탄하게 들어오는 기판(200) 및 패턴 형성층(210)에 대비하여, 상기 인쇄 롤(100) 및 롤 몰드(110)는 단면상으로 원형이기 때문에, 단면상으로 점 접촉이며, 실린더 형상의 입체 형상으로 고려하면 길이 방향의 선 접촉이 이루어진다.

만일 패턴 형성층(210)이 코팅된 기판(200)이 도 2b와 같이, 우측 방향으로 진행하고 있다면, 백업 롤(300)과 이격되며 기판 진행 방향에서, 상기 백업 롤(300)에 앞서 위치한 접촉 제어 롤(400)을 승강시켜 상기 기판(200)을 들어올려 상기 패턴 형성층(210)과 상기 롤 몰드(110)의 돌출 패턴(110b)이 일정 면적 이상의 면접촉으로 맞물리도록 하여 상기 발광부(150)가 면접촉된 범위에 고르게 광을 전달하여 면접촉된 부위에서 임프린팅(imprinting-패턴 형성층의 누름) 및 광경화를 동시에 행할 수 있다.

이로써, 상기 패턴 형성층(210)에 미경화된 부분없이 패턴(210a)을 형성할 수 있다.

만일 상기 접촉 제어 롤(400)의 승강 동작이 없다면, 도 2a와 같이, 롤 몰드(110)를 장착한 인쇄 롤(100)에 대해 패턴 형성층(210)이 선접촉되어, 발광부(150)에서 접촉되어 패턴이 정의된 영역 외에 비접촉 영역까지 조사가 이루어질 수 있어, 임프린트되지 않은 패턴 형성층(210)의 부위까지 경화될 수 있는 문제가 있다. 혹은 발광부(150)의 조사각을 임프린트된 영역에 한하도록 한 경우에는 패턴 형성층과 롤 몰드가 접촉 영역과 비접촉 상태가 혼재된 영역으로 조사되기 때문에, 영역별 균일성이 확보되지 않아 경화가 균일하게 이루어지지 못하는 문제가 있다. 이 경우 미경화된 부분은 얼룩으로 작용할 수 있다. 그리고, 선접촉만 있는 상태로 발광부(150)의 광조사가 이루어진다면 형성된 패턴의 두께 차나 잔막을 유발할 수 있는 문제도 있다.

즉, 본 발명의 패턴 형성 방법에 있어서는, 도 2b와 같이, 발광부(150)의 조사가 롤 몰드(110)를 장착한 인쇄 롤(100)이 패턴 형성층(210)가 충분히 면접촉한 상태에서 이루어지게 하여, 패턴의 정의와 광조사를 동시에 적용하여 패턴 형성의 균일성을 확보할 수 있게 한다.

여기서, 상기 패턴 형성층(210)이 롤 몰드(100)에 면 접촉하는 경우, 세로 길이 방향에서는 선접촉에서와 같이, 상기 롤 몰드(100)의 길이 방향을 따르는 것으로 동일하겠지만, 도 2b와 같이, 가로 길이 방향에서는 10mm~100mm의 수준으로 면접촉을 가져, 동시에 복수개의 패턴(210a)을 형성할 수 있게 된다. 즉, 롤 몰드(110)의 복수개의 요부에 패턴 형성층(210)이 대응되어, 패턴(210a)의 정의와 경화가 동시에 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 패턴(210a)이 형성되는 부위의 면접촉 영역을 커버할 수 있을 정도로, 충분히 발광부(150)의 조사가 이루어질 수 있다.

한편, 상기 접촉 제어 롤(400)은 특정의 승강 동작을 수행하기 위해 백업 롤과 이격하여 별도로 구비할 수도 있고, 혹은 인쇄 장치 내의 기재의 진행을 제어하는 가이드 롤 중 상기 백업 롤 주위에 있는 가이드 롤에 선택적 승강 동작을 겸하도록 하여 특정 시점에만 가이드 롤을 접촉 제어 롤로 이용할 수도 있다.

도 3a 및 도 3b는 인쇄 장치를 이용한 패턴의 경화시 부분 미경화 상태와 완전 경화 상태를 나타낸 사진이다.

도 3a는 접촉 제어 롤을 이용하지 않아 롤 몰드에 대해 패턴 형성층에 선접촉만 있을 때, 패턴이 미경화된 부분이 기포 상으로 나타내고 있으며, 도 3b는 접촉 제어 롤을 이용하여, 상기 기판(200) 하면에 접하여 상기 기판(200)을 들어올려, 상기 롤 몰드의 일정한 면적이 상기 기재와의 사이에 틈없이 접촉하며, 광조사가 이루어졌을 때, 미경화된 부분없이 형성된 패턴의 완전 경화가 이루어짐을 나타낸다.

도 4는 본 발명의 인쇄 장치를 위에서 바라본 도면이며, 도 5는 도 4의 인쇄 롤 및 이의 축과 연결부를 나타낸 상면도이고, 도 6은 도 4의 사시도이다.

도 4 내지 도 6과 같이, 본 발명의 인쇄 장치의 인쇄 롤(100)은 자신의 회전과, X축, Y축, Z축 이동 및 Θ각 보정이 가능한 것으로, 인쇄 롤(100)을 관통하는 축(160)이 양단에 제 1, 제 2 받침대(170a, 170b)와 연결되어, X축 이동 및 Y축 이동을 수행한다.

그리고, 상기 축(160)은 모터부(180)와 연결되어, 상하 이동, 즉, Z축 이동을 수행하며, 기판이 인쇄 롤(100)과 백업 롤(300) 사이에 이송시 인쇄 롤(100)의 회전도 함께 수행한다.

그리고, 제 1, 제 2 받침대(170a, 170b)는 각각 X축 방향에서의 레일, Y축 방향의 승강 조절부를 구비하여, X축 이동과 Y축 이동을 함께 수행한다.

그리고, 상기 인쇄 롤(100) 및 백업 롤(300)의 위치 정렬에 따라 도 4 및 도 5의 도면에서와 같이, 위에서 바라볼 때 직사각형의 형상의 정위치에 있는 경우뿐만 아니라, Θ각을 갖고 틀어지는 보정이 가능한 것으로, 이는 X축 이동과 Y축 이동을 위한 레일 및 승강 조절부를 함께 조절하여 수행한다.

한편, 상기 인쇄 롤(100) 하측에는 백업 롤(300)이 구비되며, 함께 제 1, 제 2 받침대(170a, 170b)에 인쇄 롤(100)과 백업 롤(300)이 함께 연결되어 있다.

그리고, 도 6과 같이, 패턴 형성층이 코팅된 기판와 같은 기재가 상기 인쇄 롤(100) 및 백업 롤(300) 사이로 공급된다.

도 4의 인쇄 장치의 상면을 보면, 인쇄롤(100) 양쪽에 카메라(C1, C2, C3, C4)가 위치함을 알 수 있다. 도면 상에는 카메라가 좌우로, 각각 2개씩 구비됨을 나타내나 이에 한하지 않고, 각 변에 3개 이상 구비될 수도 있다.

상기 카메라는 기판 상부에서 관찰이 가능하도록 기판 상측에 위치하며, 상기 인쇄 롤(100)을 사이에 두고, 인쇄 롤(100)과 평행한 제 1, 제 2 바(190a, 190b)에 고정될 수 있다. 상기 제 1, 제 2 바(190a, 190b)는 상기 제 1, 제 2 받침대(170a, 170b)와 교차하여 만나며, 고정된다.

상기 카메라(C1, C2, C3, C4)는 상기 기판 상에 구비된 얼라인 키를 조사(inspection) 하는 기능을 하는 것으로, 화각의 조절이 가능하여, 대응 부위에서 얼라인 키를 인지하여 기판과의 정렬을 꾀한다.

그리고, 상기 카메라(C1, C2, C3, C4)는 상기 인쇄 롤(100)의 이동을 따라 함께 이동하는 것으로, 인쇄 롤(100)이 움직여도, 상기 카메라(C1, C2, C3, C4)간의 수평적 이격 정도는 동일하기에, 기판과 인쇄 롤(100)간의 정렬을 카메라(C1, C2, C3, C4)를 통해 평가할 수 있는 것이다.

만일 기판이 인쇄 롤(100)에 대해 틀어져 있다면, 인쇄 롤의 X, Y, Z축 혹은 Θ각 보정을 가능하게 하는 인쇄 롤 구동부인, 제 1, 제 2 받침대(170a, 170b), 모터부(180)를 통해 기판에 정렬하도록 인쇄 롤(100)을 이동시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 인쇄 장치는 도 4와 같이, 인쇄 롤 주변의 카메라(C1~C4)를 통해 기판에 대한 인쇄 롤의 정렬 정도를 판단하고, 도 5 및 도 6과 같이, 판단된 정렬 정도에 따라 상기 인쇄 롤을 X축, Y축, Z축 이동 및 Θ각 보정하여 최종적으로 상기 기판과 인쇄 롤간의 정렬을 꾀한다.

이하, 상기 인쇄 장치를 이용한 복수층의 패터닝 방법을 설명한다. 대표적으로 2층의 패터닝 방법을 설명하나, 본 발명의 인쇄 장치는 2층의 패터닝에 한하지 않고, 3층 이상의 패터닝도 적용 가능하며, 하층에 구비된 얼라인 키를 이용하여 카메라를 이용하여 다음 층의 위치 정렬 후 패턴 형성이 이루어진다.

*제 1 실시예*

도 7은 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 또한, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 인쇄 장치를 이용하여 제 1 층 인쇄시를 나타낸 평면도 및 단면도이며, 도 9a 및 도 9b는 제 1 실시예에 따른 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 제 2층 인쇄 전 정렬 상태를 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8a 및 도 8b와 같이, 먼저, 기판(500)상에 제 1 패턴 형성층(510)을 포함한 기재를 준비한다(100S).

이어, 표면이 투명한 실린더 형상이며, 상기 표면에 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤(100)과, 백업롤(300) 사이에 들어오도록, 상기 기판(500)을 이송시킨다(110S).

그리고, 도 7b와 같이, 상기 인쇄 롤(100)은 표면에 제 1 패턴 형성용의 제 1 롤 몰드(1100)를 끼워 장착한다.

이어, 도 2b와 같이, 상기 기재의 진행 방향에서 상기 인쇄 롤(100)에 앞서 있는 접촉 제어 롤(400)을 이용하여 상기 기판(500)을 들어올려, 상기 롤 몰드(110)와 접하는 상기 제 1 패턴 형성층(510)을 면접촉시키며, 면접촉 부위의 제 1 패턴 형성층을 임프린트시키고, 광조사하여 경화된 제 1 패턴을 형성한다(130S).

도 8a의 도면은 상기 인쇄 롤(100)을 경계로 상측이 제 1 패턴 형성 전, 하측이 제 1 패턴 형성 후를 나타낸 것으로, 상기 제 1 패턴(510a) 형성시 상기 기판(500)의 가장 자리에 얼라인 키(550)가 함께 형성된다.

경우에 따라, 상기 얼라인 키(550)는 미리 기판(500)에 마련된 상태로 이송될 수도 있다.

상기 제 1 패턴의 형성시, 상기 인쇄 롤(100)은 축(160)을 경계로 회전하며, 상기 인쇄 롤(100) 표면에 장착된 롤 몰드(110)의 제 1 돌출 패턴(110b) 사이의 요부에 제 1 패턴 형성층의 물질이 채워지며, 채워진 제 1 패턴 형성층 물질이 광경화되며 제 1 패턴(510a)이 형성된다.

한편, 상기 인쇄 롤(100) 주변은 카메라 C1~C4가 구비되는 것으로, 기판(500) 상에 코팅된 제 1 패턴 형성층(510)의 영역 위치를 상기 카메라(C1~C4)가 검사하며, 제 1 패턴(510a)이 형성된다.

그리고, 상기 도 8b의 도면은 도 8a의 인쇄 롤과 주변의 카메라 C1, C3의 지나는 선상의 단면도를 나타낸 것으로, 단면 상에서 상기 인쇄 롤(100) 하측에 백업 롤(300)이 배치된 상태가 나타나 있다.

한편, 설명되지 않은 410, 420은 기판(500)을 지지하며, 이송을 제어하는 가이드 롤로, 상기 가이드 롤도 일부가 접촉 제어 롤로 이용될 수도 있다.

이어, 도 9a 및 도 9b와 같이, 상기 인쇄 롤(100)에 표면에 있는 롤 몰드를 제 2 패턴 형성용의 제 2 롤 몰드(1200)로 교체한다. 상기 제 2 롤 몰드(1200)로의 교체는 제 1 패턴(510a) 형성 후, 다시 제 1 패턴(510a) 상에 형성된 제 2 패턴 형성층(520)이 상기 인쇄 롤(100)에 대응되기 전까지 가능한 것으로, 제 2 패턴 형성층(520)을 코팅하기 직전에 진행하여도 좋고, 제 2 패턴 형성층(520)을 코팅한 후에 진행할 수도 있다.

이어, 상기 제 1 패턴을 포함한 기판(500) 상에 제 2 패턴 형성층(520)을 코팅한다 (140S).

상기 제 2 패턴 형성층(520)을 코팅하는 것은, 상기 기판(500)이 제 1 패턴(510a)을 형성한 상태로 이송되어, 다시 제 1 패턴(510a)의 형성 부위가 제 2 패턴 형성 물질 공급부에 대응되었을 때 이루어진다.

이어, 인쇄 롤(100) 주변의 카메라로 검사하여 기판(500) 상의 얼라인 키(550)와 대응시켜 기판(500)에 대한 인쇄 롤(100)의 위치를 정렬시킨다 (150S). 도 9a 및 도 9b는 카메라 C1, C2가 얼라인 키(550)와 대응된 상태를 나타내고 있다.

이어, 정렬되어, 제 2 롤 몰드(1200)를 장착한 인쇄 롤(100)을 이용하여 제 2 패턴 형성층과 제 2 롤 몰드(1200)를 면접촉시키며 광경화를 동시에 진행하여 제 2 패턴(520a)을 형성한다(160S).

여기서, 제 2 패턴(520a)의 형성은 기판(500)의 얼라인 키(550)와 인쇄 롤(100)과 정렬을 인쇄 장비에 구비된 카메라로 분석하여 수행하기 때문에, 제 1 패턴(510a)과 이어 형성될 제 2 패턴(520a)의 위치를 정확히 대응시키며 이루어지며, 제 1, 제 2 패턴(510a, 520a)간 미스얼라인이 없어, 수율 향상의 근거가 될 수 있다.

상기 제 2 패턴(520a) 형성 과정에도 접촉 제어 롤(도 2b의 400 참조)을 승강시켜 제 2 패턴 형성층과 제 2 롤 몰드(1200)과의 접촉 면적을 늘린 상태로, 면접촉된 부위에 광조사하여 이루어질 수 있다.

이어, 상기 접촉 제어 롤(400)은 기판(500)의 배면 측에서 하강시켜 원래의 자리로 복귀한다.

*제 2 실시예*

도 10a 및 도 10b는 제 2 실시예에 따른 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 제 2층 인쇄 전 정렬 상태를 나타낸 도면이며, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 인쇄 장치를 이용한 제 2 층 인쇄시를 나타낸 평면도 및 단면도이다.

도 7 내지 도 8b와 같이, 제 2 실시예는 앞서 설명한 제 1 실시예의 제 1 패턴(510a)을 형성하는 방식을 그대로 따른다 (100S~130S).

이어, 상기 제 1 패턴(510a)을 포함한 기판(500) 상에 제 2 패턴 형성층(520)을 코팅한다 (140S).

이어, 도 10a 및 도 10b와 같이, 상기 인쇄 롤(100)을 기판의 진행 방향과 역 방향으로 옮겨 상기 제 1 패턴(510a)의 형성 부위와 완전히 상기 인쇄 롤(100)이 오버랩하게 한다.

이 경우, 인쇄 롤(100)과 함께, 인쇄 롤(100) 주변의 카메라 C1~C4도 함께 기판의 진행 방향의 역방향으로 이동하며, 따라서, 상기 카메라 C1~C4 모두는 제 1 패턴(510a)의 형성시 함께 형성된 얼라인 키(550)과 각각 대응될 수 있다. 이러한 제 2 실시예는 얼라인 정확성을 보다 향상시키기 위한 것이다.

상기 카메라 C1~C4를 이용한 검사로써, 얼라인 키(550)의 위치에 대해 상기 제 2 패턴 형성층(520)의 영역을 파악할 수 있다.

한편, 도 10a, 10b에 있어서는, 상기 인쇄 롤(100)에 제 2 롤 몰드 없이, 얼라인 키에 대비된 제 2 패턴 형성층(520)의 얼라인을 꾀했지만, 이에 한하지 않고, 이러한 얼라인 과정을 상기 인쇄 롤(100)에 제 2 롤 몰드(1200)를 장착한 상태로 진행할 수 있다.

이어, 도 11a 및 도 11b와 같이, 상기 인쇄 롤(100)을 원 위치로 돌아오게 한 후, 얼라인 키(550)에 대한 제 2 패턴 형성층(520)을 영역 정보를 이용하며, 상기 인쇄 롤(100)에 제 2 롤 몰드(1200)를 장착한 후, 제 2 패턴 형성층(520)에 제 2 패턴(520a)을 형성할 수 있다(160S).

한편, 상술한 방식의 인쇄 방식은 상기 기판 상에 패턴 형성층을 형성한 상태에, 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤을 회전시켜 롤 몰드 내에 몰드 내에 패턴 형성층의 재료가 채워지게 하여 패턴을 정의하는 방식에 대해 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤을 준비한 후, 상기 롤 몰드의 요부 내에 잉크를 채운 후 이를 기판 상에 전사시키는 방식으로 대체하여도 무방하다. 어느 경우나 인쇄 롤과 기판이 대응될 수 있으므로, 본 발명의 인쇄 장치는 인쇄 롤과 기판의 접촉 면적을 늘릴 수 있도록 인쇄 롤의 진행에 앞서 기판을 들어올릴 수 있는 접촉 제어 롤을 이용하는 것이다.

또한, 인쇄 장치 내에 인쇄 롤과 일정한 이격 간격을 가지며 인쇄 롤의 움직임에도 함께 움직일 수 있는 카메라를 구비하여, 패턴 형성층간의 정렬 정도를 검사할 수 있게 하며, 미스얼라인 정도가 클 경우 인쇄 롤의 위치를 보정할 수 있도록 각 축(X축, Y축, Z축)별 및 Θ각 보정이 가능하도록 인쇄 롤 구동부를 구비하는 것에 의의가 있다.

또한, 상술한 패턴 형성 방법은 롤투롤 방식으로 적용될 수 있는 모든 패턴 형성 방식에 적용할 수 있으며, 플렉서블 디스플레이의 백플레인과 같이, 기판 상의 전체 층이 플렉서블한 재료로 이루어지는 분야에 특히 유용하나 이에 한하지 않고, 필름형으로 제조될 수 있는 디스플레이나 광학 필름 혹은 도광판 등의 패턴 정의에도 적용 가능하다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100: 인쇄 롤 110: 롤 몰드
110a: 베이스 필름 110b: 돌출 패턴
160: 축 170a, 170b: 받침대
180: 모터부 190a, 190b: 바
200: 기판 210: 패턴 형성층
300: 백업 롤 310: 블랭킷
320: 백업 롤 축 400: 접촉 제어 롤
500: 기판 510: 제 1 패턴 형성층
510a: 제 1 패턴 520: 제 2 패턴 형성층
520a: 제 2 패턴 550: 얼라인 키
1100: 제 1 롤 몰드 1200: 제 2 롤 몰드

Claims

내부에 발광부를 갖고, 표면이 투명한 실린더 형상의 인쇄 롤;
상기 인쇄 롤 표면에 장착되며, 돌출 패턴을 구비한 롤 몰드;
상기 인쇄 롤과 인접하며, 상기 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤과의 사이에 이송된 기재와 접하는 백업 롤;
상기 기재의 진행 방향에서 상기 인쇄 롤에 앞서 상기 롤 몰드와 상기 기재의 면접촉 여부를 조절하는 접촉 제어 롤; 및
상기 롤 몰드 주변에 위치한 검사 카메라를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 롤 몰드는 투명하며 플렉서블한 재질인 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 접촉 제어 롤이 조절하는 상기 롤 몰드와 상기 기재간의 접촉 면적은 상기 발광부의 조사각 범위 내인 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 발광부는 상기 인쇄 롤의 길이 방향으로 복수개 이격된 LED 를 포함한 광원 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 접촉 제어 롤은 상기 백업 롤과 함께, 상기 기재의 하면에 위치하며, 상기 백업 롤과 이격하며, 상기 기재 하면에 접하여 상기 기재를 들어올려, 상기 롤 몰드의 일정한 면적이 상기 기재와의 사이에 틈없이 접촉하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 기재는 기판과, 상기 기판 상의 패턴 형성층을 포함한 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 6항에 있어서,
상기 패턴 형성층이 상기 롤 몰드와 대면하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 6항에 있어서,
상기 검사 카메라는 적어도 상기 기판 상의 얼라인 키를 조사하도록, 상기 기판의 가장 자리에 대응하여 상기 인쇄 롤 주변의 길이 방향으로 복수개 놓여진 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서,
상기 인쇄 롤은 실린더의 길이 방향의 Y축 이동, 상기 Y축 이동에 수직한 X축 이동, 높이 방향으로 Z축 이동 및 틸트 각 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
기판 상에 제 1 패턴 형성층을 포함한 기재를 준비하는 단계;
표면이 투명한 실린더 형상이며, 상기 표면에 롤 몰드를 장착한 인쇄 롤과, 백업롤 사이에 들어오도록, 상기 기재를 이송시키는 단계; 및
상기 기재의 진행 방향에서 상기 인쇄 롤에 앞서 있는 접촉 제어 롤을 이용하여 상기 기재를 들어올려, 상기 롤 몰드와 접하는 상기 제 1 패턴 형성층을 면접촉시키며, 면접촉 부위의 제 1 패턴 형성층을 임프린트시키고, 광조사하여 경화된 제 1 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 패턴을 형성하는 단계에서의 광조사는 상기 인쇄 롤 내부의 발광부를 이용하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 10항에 있어서,
상기 발광부는 상기 인쇄 롤의 길이 방향으로 복수개 이격된 LED를 포함한 광원 어레이인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 10항에 있어서,
상기 발광부의 조사각 범위는 상기 제 1 패턴 형성층의 면접촉 부위를 커버하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 패턴을 형성하는 단계에서 상기 기판 상의 가장자리에 복수개의 얼라인 키가 함께 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 패턴을 형성하는 단계 후, 상기 인쇄 롤에 장착된 롤 몰드를 제 2 패턴 형성용으로 교체하는 단계;
상기 제 1 패턴을 포함한 상기 기판 상에 제 2 패턴 형성층을 코팅하는 단계;
상기 제 2 패턴 형성층을 갖는 상기 기판 상의 얼라인 키를, 상기 인쇄 롤 주변의 카메라를 통해 조사하여 상기 기판과 상기 인쇄 롤을 정렬시키는 단계; 및
상기 인쇄 롤에 장착된 제 2 패턴 형성용 롤 몰드를 이용하여 백업 롤 사이에 상기 제 2 패턴 형성층을 임프린트 및 광조사하여 제 2 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 15항에 있어서,
상기 기판과 상기 인쇄 롤을 정렬시키는 단계는, 상기 제 2 패턴 형성층과 중첩된 위치에서의 카메라와 상기 얼라인 키를 대응시켜 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제 15항에 있어서,
상기 기판과 상기 인쇄 롤을 정렬시키는 단계는, 상기 기재의 진행 방향과 역방향으로 상기 인쇄 롤을 이동시켜 상기 인쇄 롤 주변의 모든 카메라가 얼라인 키와 대응되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.