KR20160070126A - 기판 상의 장식품 프린팅 방법 - Google Patents

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KR20160070126A
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크리스토퍼 모톤 리
용셍 얀
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

기판 상에 장식품들을 프린팅하는 방법은 잉크젯 프린팅에 의하여, 기판 상에 미리 결정된 디자인으로 잉크 코팅을 도포하는 단계를 포함한다. 잉크 코팅은 경화된 잉크 코팅을 형성하기 위해 경화되며, 그리고 경화된 잉크 코팅의 일 부분은 다듬어진다. 다듬처리에 의해 발생된 잔여 잉크 파티클들은 기판에서 깨끗하게 된다. 프린팅된 기판은 기판 및 상기 기판 상에 프린팅된 장식품을 포함한다. 상기 장식품은, 톱날형 에지가 없고 1.5 μm 내지 5 μm의 범위의 두께를 가진 잉크젯-프린팅된 잉크 코팅의 적어도 하나의 층을 포함한다.

Description

기판 상의 장식품 프린팅 방법{METHOD OF PRINTING DECORATIONS ON SUBSTRATES}
관련 적용에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C.§ 119 하에, 2013년 10월 14일 자로 출원된 미국 가출원 제61/890,591호의 우선권 주장 출원이고, 상기 가출원의 내용은 전반적으로 참조로서 본원에 병합된다.
본 발명은 기판 상에 장식품을 프린팅하는 방법에 관한 것이다.
최근에는 모바일 폰들, 태블릿들 및 랩탑 컴퓨터들 등의 디스플레이들을 가진 소비자 전자 디바이스용 커버 렌즈로서 유리의 사용이 폭발적인 성장을 거듭하고 있다. 이러한 폭발에 대한 이유 부분은 유리 제조 공정 및 조성물에서 개선의 결과로 손상에 대한 유리 커버 렌즈들의 커진 저항으로 인한 것이다. 유리 커버 렌즈들은 또한 디바이스들의 심미적인 매력을 향상시키면서 터치 디스플레이 동작의 촉감을 개선시킨다.
유리 커버 렌즈들은 통상적으로 다양한 이유들로 상기 렌즈들 상에 프린팅된 장식품들을 가진다. 장식품들의 하나의 사용은 사용자의 시야로부터 디바이스의 내부 내의 전자 컴포넌트들을 가리기 위함이다. 장식품들의 또 다른 사용은 일 측의 제품 또는 브랜드를 타 측의 것으로부터 구별하는 로고스를 위함이다. 장식품들은 또한 디바이스의 상태 또는 터치 버튼용 위치를 나타내는 아이콘으로서 기능할 수 있다. 장식품들은 또한 디바이스의 심미적인 매력을 간단하게 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
장식품들은 통상적으로 커버 렌즈들의 표면들 상의 잉크 코팅들의 형태를 한다. 상술된 용도에 적합하기 위하여, 잉크 코팅은 효과적으로 광을 차단하기 위해 충분한 광학 밀도 (optical density)를 가져야 하며, 그리고 핀홀들 (pinholes) 및 톱날형 에지들과 같은 시각적인 결함들을 가지지 않아야 한다. 잉크 코팅은 디바이스가 동작하기에 예측되는 모든 환경 하에 접착 및 색상을 유지하여야 한다. 코팅은 또한 디바이스의 다른 기능과 조화를 이루어야 하고, 예를 들면 디바이스의 터치 디스플레이 모듈에 대해 커버 렌즈의 조립체에 방해되지 않기에 충분히 얇아야 하고, 디바이스의 무선 안테나의 기능에 방해되지 않기 위해 충분히 높은 전기 저항을 가져야 한다.
기술 분야의 현재 상태는 스크린 프린팅을 사용하여 유리 커버 렌즈들 상에 장식품들을 프린팅하는 것에 있다. 대량의 커버 렌즈들 상에 동일한 디자인을 반복적으로 프린팅하기 위하여, 스크린 프린팅은 사이클 시간이 상대적으로 빠르고 비용이 싼 발달 공정 (mature process)이다. 그러나, 스크린 프린팅에는 일부 도전과제가 있다. 스크린 프린팅 공정은 프린팅 동안 잉크 내의 솔벤트의 증발, 스크린 에멀젼 (screen emulsion) 및 스퀴지 (squeegee)에서의 마모, 및 스크린 내의 인장력의 손실로 인해 끊임없이 변화 중에 있다. 프린팅 동안 스크린의 임의의 환경 오염은 잉크가 오염된 구역들 내의 기판 상으로 침전되는 것을 방해하여, 핀홀 결함들을 유발시킬 수 있다. 이들 핀홀들은 결함 위치에서 잉크를 수동으로 도포함으로써, 또는 결함들을 덮기 위해 현존 잉크 층 상에 동일한 잉크의 추가적인 층을 프린팅함으로써, 또는 유리 부분으로부터 잉크 모두를 벗겨내어 재프린팅함으로써 재작업될 수 있다. 재작업 방법들 각각은 제조 비용을 증가시키며, 다른 결함 위험들이 추가적인 공정 동안에 도입될 수 있다.
스크린 프린팅 공정은 또한 제조될 수 있는 패턴들의 유형에 제한된다. 다수의 색상이 커버 렌즈 상에 도포될 시에, 각각의 색상은 별개의 층으로 프린팅되어야 하고, 이때 각각의 층은 적용들 간에서 경화된다. 다수의 단계들은 전체 공정 시간을 크게 증가시키고, 각각의 추가적인 층 프린터를 이용한 제조 비용도 증가시켜며, 나아가 추가 공정으로 인해 수율 손실률도 증가시킨다. 이들 도전과제들은 커버 렌즈의 디자인에 대해 디바이스 디자이너들에게 사용 가능한 옵션들을 제한시킨다. 지금까지, 디바이스 커버 렌즈들은 통상적으로 6 개의 서로 다른 색상들보다 많이 가지지 않았으며, 그리고 보통 단지 2 개 내지 4 개의 서로 다른 색상들을 가진다. 장식용 디자인에 사용된 각각의 새로운 색상은 새로운 잉크를 요구한다. 요구된 맞춤은 새로운 디자인 순서에서 커버 렌즈들의 마무리까지 응답 시간을 느리게 한다. 이에 따라서, 스크린 프린팅과 같은 종래의 프린팅 방법들의 결점들이 없이, 복수의 패턴들 및/또는 색상들을 가진 장식품들을 적용하는 방법이 필요한다.
본원의 주제 내용은 기판의 표면 상에 장식품을 프린팅하는 방법에 관한 것이다. 일 양태에서, 방법은 기판 표면 상의 장식품을 생성하기 위하여, 잉크젯 프린팅 (inkjet printing) 및 레이저 인그레이빙 (laser engraving)의 조합을 사용한다. 상기 방법은 정의된 특징들이 높은 장식품들을 만들어 내며, 그리고 스크린 프린팅과 같은 종래 프린팅 방법으로 일반적으로 가능하지 않은 디자인 유연성을 제공한다.
일 예시 실시예에서, 기판 상에 장식품들을 프린팅하는 방법은 잉크젯 프린팅에 의하여, 기판 상에 미리 결정된 디자인으로 잉크 코팅을 도포하는 단계를 포함한다. 그 후에, 잉크 코팅은 경화되고, 경화된 잉크 코팅은 1.5 μm 내지 5 μm의 범위의 두께를 가진다. 상기 방법은 상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 제거하기 위해, 파장을 가진 레이저로 상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 레이저 인그레이빙하는 단계를 포함하고, 상기 잉크 코팅은 상기 기판보다 큰 레이저의 파장을 흡수한다.
또 다른 예시 실시예는 기판 상에 프린팅된 장식품을 가진 프린팅된 기판이다. 상기 장식품은, 톱날형 에지가 없고 1.5 μm 내지 5 μm의 범위의 두께를 가진 잉크젯-프린팅된 잉크 코팅의 적어도 하나의 층을 가질 수 있다.
방법의 하나의 이익은 잉크의 낭비를 감소시키는데, 이는 잉크젯 프린터가 스크린들과 같은 전사 매체의 사용 없이 기판의 표면 상의 원하는 위치들 상으로 직접 잉크 방울을 제공할 수 있기 때문이다. 또 다른 이점은 잉크젯 프린팅에 의해 형성된 잉크 코팅이 상대적으로 얇을 수 있고, 예를 들면 약 1.5 μm 내지 약 5 μm의 범위에 있을 수 있고, 이는 5 μm보다 두꺼운 코팅들이 문제를 일으킬 수 있는 소비자 전자 디스플레이 디바이스 조립에서의 다운스트림 공정들을 용이하게 한다는 점이다. 상대적으로 얇은 잉크 코팅은 또한 예를 들면 기판이 강화처리된 유리일 시에, 밑에 있는 기판의 압축 응력에서의 감소를 최소화시킬 수 있는데, 이는 기판이 짧은 지속 기간 동안 잉크 코팅을 제거하는 레이저로부터 발생된 열을 받고 있기 때문이다.
또 다른 이익은, 원하는 디자인이 프린팅하기 위해 잉크젯 프린터로 업로딩될 수 있는 그림 파일에 정의될 수 있다는 점이다. 그 후에, 새로운 디자인의 프린팅은 새로운 디자인의 정의를 포함한 그림 파일을 제공하는 단순한 사항이다.
또 다른 이익은 여러 개의 색상들이 잉크젯 프린터의 한 동작에서 프린팅될 수 있다는 점이다.
또 다른 이익은 레이저 인그레이빙 공정이 잉크젯 프린팅된 디자인으로부터 공통 프린팅 결함들을 제거한다는 점이다. 상기 레이저 인그레이빙은 또한 잉크젯 프린팅된 디자인에서 미세한 특징들을 형성할 수 있다.
이해하여야 하는 바와 같이, 상술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 예시적이며, 청구한 바와 같이, 본원의 주재 내용의 특성 및 특징을 이해시키려는 개요 또는 구성 틀을 제공하려는 의도를 갖는다. 첨부된 도면은 본원의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부에 병합되고 그 일부를 구성하기 위해 포함된다. 도면은 본원의 다양한 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본원의 원리 및 동작을 제공한다.
다음은 첨부된 도면에 관한 설명이다. 도면은 반드시 축척될 필요는 없고, 도면의 소정의 특징들 및 소정의 모양은 명료함과 간결성을 위해 비율적으로 또는 개략적으로 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판들의 표면들에 장식용 코팅들을 적용하는 공정을 도시한다.
도 2는 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 상에 프린팅될 디자인의 표시이다.
도 3은 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 상의 디자인을 프린팅하는 잉크젯 장치를 도시한다.
도 4는 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판의 표면 상의 프린팅된 잉크 코팅을 도시한다.
도 5a는 하나 이상의 실시예들에 따른, 톱날형 에지 (saw edge)를 갖는 잉크젯 코팅을 도시한다.
도 5b는 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 상의 잉크 코팅의 에지들의 레이저 다듬처리 (trimming)를 도시한다.
도 6은 하나 이상의 실시예들에 따른, 잉크젯 코팅들을 갖는 기판들에 대한 코팅 두께의 플롯을 도시한다.
도 7은 도 6의 기판들에 대한 광학 밀도의 플롯을 도시한다.
도 8은 하나 이상의 실시예들에 따른, 잉크젯 코팅들을 갖는 기판들에 대한 광학 밀도와 코팅 두께 사이의 관계를 도시한다.
도 9는 하나 이상의 실시예들에 따른, 잉크젯 프린팅으로부터의 통상적인 잉크 코팅 두께 프로파일을 도시한다.
도 10은 스크린 프린팅으로부터의 통상적인 코팅 두께 프로파일을 도시한다.
다음 상세한 설명에서, 다양한 특정 세부 사항들은 본원의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명될 수 있다. 그러나, 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본원의 실시예들이 이러한 소정의 세부 사항들 일부 또는 모두 없이 실시될 수 있다, 다른 예시에서, 잘 알려진 특징 또는 공정은 본원을 불필요하게 모호하지 않기 위해 상세하게 기술되지 않을 수 있다. 게다가, 유사하거나 동일한 참조 번호는 공통 또는 유사한 요소들을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 유리 기판들 (예컨대, 커버 렌즈들) 및 유리 세라믹 기판들 (전자 디바이스 하우징)과 같은 기판의 표면 상에 장식품을 프린팅하는 예시 공정 순서도를 도시한다. 장식품은 단일 층 또는 복수의 층들로 구성될 수 있다. 10에서, 공정은 기판의 표면 상의 미리 결정된 디자인을 프린팅하는 잉크젯을 수반한다 ("잉크젯 프린팅"). 잉크젯 프린팅은 기판의 표면 상에 잉크 코팅을 초래하고, 상기 잉크 코팅은 장식품의 하나의 층을 구성하거나, 또는 장식품이 단지 하나의 층만을 가진 경우, 단독 층을 구성한다. 12에서, 잉크 코팅은 경화된다 ("경화"). 14에서, 경화된 잉크 코팅의 부분들, 예를 들면, 에지들은 레이저 인그레이빙에 의해 다듬어진다 ("레이저 인그레이빙"). 레이저 인그레이빙은 또한 잉크 코팅에 미세한 특징부들을 절단하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 16에서, 상기 기판은 옵션으로 레이저 인그레이빙으로부터 남은 잔여 잉크 파티클들을 제거하기 위해 옵션으로 깨끗해진다 ("클리닝"). 옵션으로, 18에서, 추가적인 잉크 코팅 층들은 장식품의 추가적인 층들에 대한 표면 상에 프린팅될 수 있다 ("추가적인 프린팅"). 추가적인 잉크 코팅 층은 첫 번째 잉크 코팅과 동일한 색상이거나 또는 서로 다른 색상일 수 있다. 20에서, 표면 상에 프린팅된 임의의 추가적인 잉크 코팅이 경화된다 ("추가적인 경화"). 클리닝 (16)이 있거나 없는 레이저 인그레이빙 (14)은 추가적인 프린팅 (18) 이후에 수행될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 추가적인 프린팅 (18) 및 클리 (16)이 있거나 없는 레이저 인그레이빙 (14)은 디자인을 원하는대로 달성하기 위해 다수 번 반복될 수 있다.
잉크젯 프린팅 (도 1에서 10) - 도 2는 기판 상에 프린팅될 장식용 디자인 (22)의 표시를 도시한다. 명확해져야 하는 바와 같이, 도 2에 도시된 디자인 (22)은 단지 목적을 위해 예시된 것뿐이며, 제한되는 것으로 의도되지는 않는다. 디자인 (22)은 물체들 (24, 26)을 포함한다. 물체 (24)는, 디자인 (22)이 프린팅되어야 하는 기판의 표면에 대응한다. 물체 (24)는 색상을 가지지 않거나 투명하다. 물체 (26)는 기판의 표면 상에 프린팅될 기하학적인 형상을 나타낸다. 물체들 (24, 26)의 에지들은 프린팅된 디자인에서 보이지 않을 구조 라인들 (28, 29a, 29b)에 의해 나타난다. 물체 (26)에 대해서, 서로 다른 음영들은 서로 다른 색상들을 나타내기 위해 사용된다. 잉크 코팅에는 개방된 특징부들, 예를 들면, 물체 (26)에는 홀들이 있을 수 있다. 예시의 개방된 특징부들 (27)은 도 2에서 도시된다. 물체들의 에지들 및 색상들에 관한 디자인 (22)의 정의는 적합한 그래픽 소프트웨어를 사용하여 준비될 수 있으며, 그리고 그림 파일에 저장될 수 있다. 그림 파일은 기판의 표면 상에 프린팅하는 잉크젯 프린터로 업로딩될 수 있다.
도 3은 기판 (32)의 표면 (30) 상에 있는 도 2의 디자인 (22)의 잉크젯 프린팅을 도시한다. 일 실시예에서, 기판 (32)은 유리 기판이고, 이때 상기 유리 기판은 옵션으로 예를 들면, 이온-교환 공정에 의해 강화처리된다. 또 다른 실시예에서, 기판은 유리 세라믹 기판을 포함할 수 있고, 이때 상기 유리 세라믹 기판은 옵션으로 강화처리된, 예를 들면, 이온-교환 공정에 의해 화학적으로 강화 처리된다. 잉크젯 프린트 헤드 (34)는 화살표 (36)에 의해 나타난 바와 같이, 표면 (30)을 따라 앞뒤로 이동하는 동안, 원하는 디자인에 따른 위치들에 있는 표면 (30) 상에서 피코-리터 정도로 잉크 방울을 침전시킨다. 잉크젯 프린트 헤드 (34)는 도시되지 않은 카트리지들로부터 잉크를 수용한다. 통상적으로, 카트리지들은 잉크젯 프린팅 색상들 - 사이안 (cyan), 마젠타 (magenta), 황색 (yellow), 및 흑색을 가질 것이다. 카트리지들은 프린팅된 디자인의 개선된 색상 해상도에 대한 추가적인 색상들을 가질 수 있다.
표면 (30) 상에 잉크젯 프린팅을 하기 전에, 기판 (32)은 잉크 침전 또는 접착에 방해할 수 있는 임의의 표면 오염물을 제거하기 위해 깨끗해질 수 있다. 더욱이, 프라이머는 표면 (30)에 잉크가 접착되는데 도움을 주기 위해 잉크의 침전 이전에 표면 (30)에 도포될 수 있다. 프라이머 물질은 표면 (30)의 기판 물질에 대해 우수한 접착력을 가져야 하며, 나아가 잉크가 접착되는데 충분한 표면을 제공하여야 한다. 디자인을 프린팅하는데 사용된 잉크젯 프린터는 임의의 적합한 디지털 잉크젯 플랫베드 (flatbed) 프린터일 수 있다. 예를 들면, 잉크 프린트들은 3Mac 디지털 잉크젯 플랫베드 프린터 및 Epson 잉크젯 프린트 헤드를 사용하여 표면들 상에 성공적으로 이루어진다. 잉크젯 프린팅 파라미터들, 예를 들면 방울 크기, 인치당 도트 해상도 (dots per inch resolution), 및 채널 프린팅 수는 원하는 코팅 두께 및 광학 밀도를 달성하기 위해 최적화될 수 있으면서, 프린팅 사이클 시간을 최소화시킬 수 있다.
잉크젯 프린트 헤드 (34)가 프린팅을 마무리할 시에, 표면 (30) 상에 잉크 코팅이 있을 것이다. 도 4는 상기와 같은 잉크 코팅 (38)을 도시한다. 도 2에서 도시된 음영들은 코팅의 서로 다른 색상들을 나타내기 위해 도 4에 보유된다. 일 실시예에서, 잉크젯 프린팅 파라미터들은, 잉크 코팅이 약 3보다 큰, 약 3.2보다 큰, 약 3.4보다 큰, 약 3.6보다 큰 광학 밀도를 가지도록 선택된다. 광학 밀도에 대한 특정 상한치가 없다. 3의 광학 밀도는 99.9%의 광이 차단되는 것을 의미한다. 광학 밀도가 클수록, 차단된 광의 백분율도 커진다. 일 실시예에서, 잉크젯 프린팅 파라미터들은, 잉크 코팅이 경화 이후에, 1.5 μm 내지 5 μm, 또는 1.5 μm 내지 3 μm의 범위의 두께를 가지도록 선택된다. 잉크젯 프린팅으로부터의 1.5 μm (경화 및 건조) 코팅은 대략적으로 3의 광학 밀도에 대응되고, 3 μm 코팅은 대략적으로 6의 광학 밀도에 대응되며, 그리고 5 μm 코팅은 대략적으로 7 초과의 광학 밀도에 대응된다. 일반적으로, 코팅이 두꺼울수록, 해당 광학 밀도 및 코팅에 의한 광 차단의 백분율도 커진다. 잉크젯 프린팅은 (경화 및 건조된) 두께를 ± 0.15 μm 내로 제어할 수 있다. 상기와 같은 얇은 코팅은, 일반적으로 5 μm 이하의 잉크 두께를 필요로 하는 소비자 전자 디스플레이 조립에서의 다운스트림 공정들과 더 조화될 수 있다. 상기와 같은 하나의 다운스트림 공정은 반사 방지, 분열 방지 (anti-splitter) 또는 기판 상의 ITO 코팅 필름들의 라미네이션이고, 여기서 보다 얇은 잉크 코팅은, 잉크 에지에서 필름과 기판 사이의 기포의 위험을 감소시킨다. 또 다른 공정은 터치 디스플레이 모듈에 프린팅된 커버 렌즈를 직접적으로 접합하는 조립이고, 여기에서 보다 얇은 코팅은 잉크 에지에서 기포의 위험을 감소시키며, 나아가, 장식용 잉크의 두께에 의해 만들어진 공간에 채우는데 필요한 시각적으로 투명한 접착제의 양도 감소시킨다. 5 μm 이하의 얇은 코팅은 또한, 레이저 인그레이빙이 잉크젯 코팅의 일 부분을 제거하기 위해 사용될 시에, 밑에 있는 기판에 손상을 최소화시킬 수 있다. 잉크젯 코팅이 두꺼울수록, 레이저 인그레이빙 동안 발생된 열이 많아지고, 이로 인해 밑에 있는 기판에 열 노출을 증가시켜 상기 기판은 일부 상황들에서는 열 노출에 의해 손상될 수 있다. 열 노출에 의해 손상될 수 있는 기판의 일 예시는 강화처리된 유리 기판, 예를 들면 이온-교환된, 화학적으로 강화처리된 유리 기판이다.
잉크젯 프린팅에 사용된 잉크들은 열-경화 가능한 잉크들 또는 UV-경화 가능한 잉크들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 잉크들은 열-경화 가능한 그리고/또는 UV-경화 가능한 수지에 기반될 수 있다. 열-경화 가능한 잉크들은 고온, 통상적으로 80 ℃ 내지 180 ℃에서 구워짐으로써 경화된다. 구워지는 시간은 통상적으로 30 분 내지 60 분이다. UV-경화 가능한 잉크들은 UV 광에 의해 경화된다. UV 경화는 일반적으로 열 경화보다 매우 빠르며, 그리고 대량 생산에 보다 적합할 수 있다. 다른 한편으로는, 기판이 유리를 포함하는 경우, 여러 개의 유리 기판들은 동시에 경화될 수 있고, 그 결과 경화 시간은 어느 경화 방법을 사용할지를 결정할 시에 반드시 중요하지 않을 수 있다. 적합한 잉크들은 프린팅된 디자인의 원하는 속성들에 따라 특별하게 포뮬레이팅될 수 있거나, 상업적으로 얻어질 수 있다. 잉크들은 안료 페이스트 (pigment paste), 무기물 및 유기물 수지들의 혼합물, 솔벤트들의 혼합물, 및 추가 첨가제들 예를 들면 유동 촉진제들 (flow promoters) 및 가스 제거제들 (degassing agents)을 포함할 수 있다.
경화 (도 1에서 12) - 잉크 코팅 (38)은 잉크 코팅에서의 수지들의 교차 결합을 완료하기 위해 경화된다. 잉크 코팅에 휘발성 컴포넌트들이 존재하는 경우, 상기 휘발성 컴포넌트들은 경화 동안 잉크 코팅에서 없어져서, 기판 표면에 대하여 코팅의 충분히 단단함을 확보하며, 그리고 코팅의 접착을 확보할 것이다. 잉크 코팅을 프린팅할 시에 사용된 잉크의 유형에 의존하여, 경화는 종래 방식 및 적외선 오븐들로 구워짐으로써, 또는 UV 광에 노출되어 달성될 수 있다.
레이저 인그레이빙 (도 1에서 14) - 잉크젯 코팅들은 통상적으로 코팅의 에지들에서 방울들의 중첩으로 인한 톱날형 에지들을 가진다. 도 5a는 잉크젯 코팅으로부터 프린트 에지 품질 (통상적으로 폭이 50 내지 100 μm인 톱날형 에지 (37)가 있음)의 현미경에 의한 이미지이다. 일 실시예에서, 레이저 인그레이빙은 톱날형 에지를 다듬기 위해 사용된다. 레이저 인그레이빙에서, 레이저 소스는 물질의 선택 부분들 상에 레이저 에너지 ("레이저")를 포커싱하기 위해 사용된다. 이러한 경우에서, 물질은 기판 표면 상의 잉크 코팅 (38) (도 4)일 것이다. 레이저 에너지는, 잉크 코팅의 작은 구역에, 예컨대 톱날형 프린팅 결함들이 위치된 잉크 코팅 (38)의 에지들 주위에 포커싱될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저는 직경이 약 20 μm 내지 100 μm인 범위의 스팟 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 스팟 크기는 직경이 100 μm 미만일 수 있거나, 직경이 60 μm 미만일 수 있다. 레이저 인그레이버는 디자인 (22)의 정의 (도 2)를 수신한다. 디자인의 색상 정보는 레이저 인그레이빙에 대해 필요하지 않다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 레이저 인그레이버는 수신된 디자인 정의를 사용하여 잉크 코팅 (38)의 내부 및 외부 에지들 (38a, 38b)을 따라 레이저 (40)를 가이드할 것이다. 이해하여야 하는 바와 같이, 레이저 인그레이버는 이하에서 기술될 바와 같이, 수신된 디자인에 대해 잉크 코팅 (38)의 다른 부분들 상에서 레이저 (40)를 가이드할 수 있다. 레이저 에너지는 잉크 코팅의 내부 및 외부 에지들로부터 소량의 물질을 태울 것이며, 예컨대 잉크 코팅에서 50 내지 100 μm의 폭은 태워질 수 있어서, 내부 및 외부 에지들은 바삭바삭하게 되고, 어떠한 톱날형 에지도 없게 된다.
사전에 나타난 바와 같이, 디자인 (22) (도 2)은 하나 이상의 개방된 특징부들, 예를 들면 홀들 (27) (도 2)을 포함할 수 있다. 개방된 특징부들의 다른 예시들은 라인 또는 기하학적인 형상들 또는 디자인들을 포함할 수 있다. 기하학적인 형상들 또는 디자인들의 예시들은 타원형, 원형, 사각형, 곡선 형상 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이들 개방된 특징부들은 잉크젯 프린팅이 변형되기에는 (resolve) 너무 작을 수 있다. 예를 들면, 개방된 특징부 (들)는 평균적으로 가장 긴 횡단면 치수가 200 μm 이하, 175 μm 이하, 150 μm 이하, 125 μm 이하, 100 μm 이하, 75 μm 이하인 것을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 평균적으로 가장 긴 횡단면 치수는 75 μm 내지 200 μm, 75 μm 내지 175 μm, 75 μm 내지 150 μm, 75 μm 내지 125 μm, 또는 75 μm 내지 100 μm의 범위에 있을 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "가장 긴 횡단면 치수"는 기판의 표면과 평행한 개방된 특징부들의 특정 치수를 의미한다. 이로써, 명확하게 하기 위해, 개방된 특징부들이 원형일 시에, 가장 긴 횡단면 치수는 개방된 특징부의 직경이고; 개방된 특징부가 타원형일 시에, 가장 긴 횡단면 치수는 기판의 표면과 평행한 타원형 특징부의 가장 긴 직경이며; 그리고 개방된 특징부들이 불규칙한 형상일 시에, 가장 긴 횡단면 치수는 불규칙적으로 형상화되어 개방된 특징부에 대한 기판의 표면과 평행한 주변부 상의 2 개의 가장 먼 마주하는 지점들 사이의 가장 긴 선이다. 개방된 특징부가 라인일 시에, 가장 긴 횡단면 치수는 라인의 폭일 수 있다. 그러나, 레이저 인그레이빙은 잉크 코팅에 상기와 같은 작은 개방된 특징부들을 절단하면서, 상술된 바와 같이 잉크 코팅의 에지들을 다듬기 위해 사용될 수 있다. 레이저 인그레이빙 기계는, 수신된 디자인의 정의로부터 개방된 특징부들에 관한 정보를 얻을 수 있다.
레이저 인그레이빙에 사용된 레이저는 잉크 코팅 (38)에 의해 강하게 흡수되지만 기판 (32)에 의해 흡수되지 않은 파장이어야 한다. 이로써, 잉크 코팅 및 기판의 물질은 사용된 레이저를 결정할 시에 팩터들일 수 있다. 기판 (32)보다 잉크 코팅 (38)에 의해 보다 강하게 흡수된 파장을 가진 레이저는 밑에 있는 기판에 대하여 손상을 최소화시키거나 피하기 위하여 이점이 있을 수 있다. 기판 (32)이 레이저의 파장을 흡수하는 경우, 이는 기판 (32)의 광 속성들 (예를 들면, 기판의 투과율 및/또는 반사율) 및 기계적인 속성들 (예를 들면, 기판의 기계적 강도, 크랙킹에 대한 저항, 및/또는 압축 응력)을 위태롭게 할 수 있다. 레이저는 예를 들면, 700 nm 내지 1 mm의 범위의 파장을 가진 적외선 레이저, 495 nm 내지 570nm의 파장을 가진 녹색 레이저, 또는 10 nm 내지 380 nm의 파장을 가진 UV 레이저일 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 파워 및/또는 밀도는 밑에 있는 기판에 대한 손상을 피하기 위해 조정되거나 또는 포커싱되지 않을 수 있다. 레이저 스팟 내의 파워 분배의 가우시안 특성 (Gaussian nature)은 기판 표면에 여전히 확고하게 고정된 레이저 인그레이빙 패턴의 에지를 따라, 어둡고 부분적으로 탄 잉크 코팅의 밴드를 만들어 낼 수 있다. 이러한 밴드의 두께는 일부 실시예들에서 최소화될 수 있다.
잉크젯 코팅 (38)의 두께는 또한, 잉크 코팅 (38)에 의해 강하게 흡수되지만 기판 (32)에 의해 흡수되지 않은 파장을 갖는 레이저를 찾는 것에 감안될 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 잉크젯 코팅 (38)이 두꺼울수록, 레이저 인그레이빙 공정은 길어진다. 잉크젯 코팅 (38)이 레이저를 흡수할 시에, 열을 발생시킬 수 있고, 열은 밑에 있는 기판 (32)으로 전도될 수 있다. 밑에 있는 기판 (32)이 전도에 의해 충분하게 가열되는 경우, 기판 (32)의 광 및 기계 속성들에는 저하가 있을 수 있다. 예를 들면, 열에 대한 노출은 유리가 크랙킹되는 경향이 있을 수 있거나 강도가 감소되는 경향이 있을 수 있다. 또한, 기판이 강화처리된 유리, 예를 들면 이온-교환에 의해 화학적으로 강화처리된 유리 기판일 시에, 이온-교환에 의해 발생된 압축 응력은 응력 완화로 인해 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판의 속성들 (예를 들면, 투명도, 헤이즈 (haze), 압축 응력, 강도, 크랙킹에 대한 저항 등)이 레이저 인그레이빙 전후에서 측정되는 경우, 기판의 속성들은 실질적으로 동일할 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이 실질적으로 동일함은 레이저 인그레이빙 전후에 있어 속성의 측정들에서 통계상으로 중요한 차이가 있지 않다는 것을 의미한다. 통계상으로 중요한 차이는 p 값이 5%일 시에 존재한다. 기판의 강도는, 전체적으로 참조로 본원에서 병합된 ASTM C1499 (및 그의 파생물 (progeny))에 따라서, Instron 5866 테스터를 사용한 링-온-링 테스트 (ring-on-ring test)를 사용하여 측정될 수 있다. 기판으로의 잉크젯 코팅의 접착은, 전체적으로 참조로 본원에서 병합된 ASTM D3359 (및 그의 파생물)에 따라서, Gardco 크로스-해치 접착 키트 (cross-hatch adhesion kit)를 사용하여 측정될 수 있다. 압축 강도는 Orihara FSM 600 표면 응력 계측기를 사용하여 측정될 수 있다. 투명도는 Ocean Optic 분광계를 사용하여 측정될 수 있다. 헤이즈는 BYK-Gardner 헤이즈 계측기를 사용하여 측정될 수 있다.
클리닝 (도 1에서 16) - 레이저 인그레이빙 공정에 의해 남은 잔여 잉크 파티클들은 깨끗해진다. 클리닝은 초음파 세척 욕조들 (ultrasonic detergent baths) 또는 브러시 크린 라인들 (brush clean lines)에 달성될 수 있다.
추가적인 코팅들 (도 1에서 18) - 원하는 장식품 기능 및 속성들에 의존하여, 추가적인 잉크 층들은 장식용 패턴을 완료하기 위해 기판 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가적인 잉크 층들은 기판 상에 이미 놓인 잉크 층들에 대하여 동일한 색상 또는 서로 다른 색상일 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 추가적인 잉크 층들은 본원에서 달리 기술된 바와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 도포될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추가적인 잉크 층들은 잉크젯 프린팅과는 다른 다른 방법들에 의해 도포될 수 있다. 예를 들면, 일부 장식용 디자인들은, 스크린 프린팅에 의해 보다 효과적으로 달성될 수 있는 색상의 휘도를 완전하게 실현하기 위해 불투명한 백색 백그라운드를 필요로 한다. 일부 잉크 특징들, 예를 들면, 금속 색상들 또는 IR/UV 투명 코팅들은 현재 잉크젯 프린팅에 의해 달성되지 않을 수 있다. 이들 추가적인 특징들은 현존하는 산업화된 공정들, 예를 들면, 스크린 프린팅, 패드 프린팅 (pad printing), 또는 필름 전사 (film transfer)를 사용하여 프린팅될 수 있다. 이들 다른 방법들은 잉크젯 프린팅 (10), 경화 (12), 레이저 인그레이빙 (14) 및 클리닝 (16) 이후에, 그리고/또는 상술된 것 중 어느 하나 전에 또는 상술된 것 사이에서 이용될 수 있다. 일부 경우들에서, 기판 표면은 디자인 (22)의 백그라운드를 형성하고 잉크젯 프린팅 (10) 전에 도포될 수 있는 잉크로 코팅된다.
추가적인 경화 (도 1에서 20) - 유리 기판 상의 프린팅된 임의의 추가적인 잉크 코팅 층들은 잉크 코팅에서의 수지들의 교차 결합을 완료하기 위해 경화될 수 있다. 다른 방법에 의해 도포된 임의의 코팅들 또한 경화될 수 있다.
예시 - 디자인들은 잉크젯 프린팅에 의해 유리 기판들의 표면들 상에 프린팅되었다. 프린팅을 위해 사용된 잉크는 BM 잉크이다. 4-채널 3Mac 디지털 잉크젯 플랫베드 프린터 및 Epson 잉크젯 프린트 헤드는 프린팅을 위해 사용되었다. 프라이머는 잉크젯 프린팅에 의해 유리 표면들 상에 잉크를 침전시키기 전에, 유리 기판들 중 일부의 표면들에 도포되었다. 유리 기판들 상에 형성된 잉크 코팅들은 뱃치 종래방식 (batch convention) 및 IR 터널 오븐들에서 열로 경화되며, 그리고 Geo-Wonder 레이저 인그레이버 기계에 통합된 Keyence MD-V990WA IR 레이저를 사용하여 다듬어졌다. 마지막으로, 유리 기판들은 세척 및 탈염수 욕조들과 함께 초음파 클리닝 라인을 통하여 깨끗하게 되었다.
선택된 샘플들이 측정 및 테스트되었다. Ambios Profilometer는 잉크 두께를 측정하기 위해 사용되었다. 광학 농도계 (Optical densitometer)는 광학 밀도를 측정하기 위해 사용되었다. Gardco Cross-Hatch Adhesion Test Kit는 유리에 잉크의 접착을 테스트하기 위해 사용되었다. Terchey Test Chamber 및 Gardco Adhesion Test Kit는 고온 및 고습도 하에, 그리고 열 쇼크 노출 하에 성능을 계측하기 위해 테스트되었다. Salty Vapor Chamber 및 Gardco Adhesion Test Kit는 염 증기 (salty vapor) 노출 하에 성능을 테스트하기 위해 사용되었다. Chemical Resistance Test Kit는 잉크 코팅의 화학적인 저항을 테스트하기 위해 사용되었다.
도 6은 선택된 샘플들에 대한 코팅 두께의 플롯을 도시한다. 도 7은 선택된 샘플들에 대한 광학 밀도를 도시한다. 도 8은 잉크젯 프린팅된 코팅들이 경화된 코팅 두께와 광학 밀도 사이의 관계를 도시한다. 도 8은 광학 밀도가 코팅 두께에 따라 선형적으로 조정되는 것을 도시한다. 측정에 사용된 광학 농도계의 한계치는 6이었다. 그러므로, 광학 농도계는 3 μm보다 큰 두께에서 실제 광학 밀도 값을 측정할 수 없다. 3보다 큰 광학 밀도를 달성하기 위하여, 코팅 두께는 1.5 μm보다 클 필요성이 있을 것이다. 상기의 예시에 대해, 2 내지 3 μm의 경화된 잉크 코팅 두께는 360 X 360 dpi 및 80% 액적 체적 (droplet volume) 또는 360 X 720 dpi 및 40% 액적 체적으로 프린팅함으로써 달성될 수 있다. "액적 체적"은 통상적으로 피코-리터 범위로 프린팅하는 동안, 프린트 헤드로부터 분사하는 아주 작은 물방울 (작은 방울) 각각의 체적이다. 보다 밀집한 해상도 및/또는 큰 액적 체적으로 잉크가 과도하게 프린팅될 시에, 표면 장력으로 뭉쳐진 (driven) 잉크 유동은 코팅 두께 및 광학 밀도에서 비-균일성을 일으킨다.
도 9는 잉크젯 프린팅으로부터의 통상적인 코팅 두께 프로파일을 도시하고, 이때 두께는 균일하게 얇고 에지 범프는 없다. 도 10은 비교 목적을 위해, 스크린 프린팅으로부터의 통상적인 코팅 두께 프로파일을 도시한다. 스크린 프린팅에 대한 평균 코팅 두께는 잉크젯 프린팅에 대한 평균 코팅 두께보다 매우 크고, 스크린 프린팅에는 에멀전의 존재로 인하여, 프린팅된 패턴의 에지를 따라 보다 두꺼운 범프가 있게 된다.
테스트의 결과에서 보여준 바와 같이, 잉크젯 프린팅 및 레이저 인그레이빙 공정들은 소비자 전자 디스플레이 커버 렌즈 적용에 대해 실행 가능하다. 결과들이 또한 보여준 바와 같이, BM 잉크에 대해, 필요한 잉크 접착은 잉크젯 프린팅 이전에 유리 기판의 표면에 프라이머를 추가시킴 없이는 달성되지 않는다.
본원이 제한된 실시예에 대해 기술되었지만, 본원의 이익을 가진 기술 분야의 통상의 기술자라면, 다른 실시예들이 본원에서 개시된 바와 같이 본원의 권리 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있음을 인지할 것이다. 이에 따라서, 본원의 권리 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (26)

  1. 장식품을 프린팅하는 방법에 있어서,
    잉크젯 프린팅에 의하여, 기판의 표면 상에 미리 결정된 디자인으로 잉크 코팅을 도포하는 단계;
    경화된 잉크 코팅을 형성하기 위해 상기 잉크 코팅을 경화하는 단계 - 상기 잉크 코팅은 경화 이후에 1.5 μm 내지 5 μm의 범위의 두께를 가짐 -;
    상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 제거하기 위해, 파장을 가진 레이저로 상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 레이저 인그레이빙 (laser engraving)하는 단계 - 상기 잉크 코팅은 상기 기판보다 큰 레이저의 파장을 흡수함 -;을 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 이전에, 상기 기판의 표면에 프라이머 (primer)를 도포하는 단계를 더 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 인그레이빙은 상기 경화된 잉크 코팅에서 톱날형 (saw-like) 잉크젯 프린팅 결함을 태우는 단계(burning)를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 제거하는 레이저 인그레이빙은 상기 경화된 잉크 코팅의 에지 부분들을 제거하는 단계를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 제거하는 레이저 인그레이빙은 상기 경화된 잉크 코팅에서 개방된 특징부들(open feature)을 절단하는 단계를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 특징부들은 100 μm 미만의 크기를 가지는, 장식품 프린팅 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분을 제거하는 레이저 인그레이빙은 상기 경화된 잉크 코팅의 에지 부분들을 제거하는 단계 및 단일 레이저 인그레이빙 공정으로 상기 경화된 잉크 코팅에서 개방된 특징부를 절단하는 단계를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 특징부들은 100 μm 미만의 크기를 가지는, 장식품 프린팅 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉크 코팅은 경화 이후에 3보다 큰 광학 밀도를 가지는, 장식품 프린팅 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 인그레이빙은 상기 경화된 잉크 코팅 상에 적외선 레이저 소스 또는 녹색 레이저 소스를 포커싱하는 단계를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 유리 기판 또는 유리 세라믹 기판을 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 유리 기판은 화학적으로 강화처리된 유리를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 화학적으로 강화처리된 유리는 이온-교환처리된 유리인, 장식품 프린팅 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 유리 세라믹 기판은 화학적으로-강화처리된 유리를 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 화학적으로 강화처리된 유리 세라믹은 이온-교환처리된 유리 세라믹인, 장식품 프린팅 방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    잉크 젯 프린팅, 스크린 프린팅, 패드 프린팅 또는 필름 전사 중 하나에 의해 상기 기판 상에 잉크의 추가 층을 배치하는 단계를 더 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 잉크의 추가 층은 상기 기판 상에 이미 배치된 잉크 층과는 다른 색상인, 장식품 프린팅 방법.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화된 잉크 코팅의 일 부분의 레이저 인그레이빙으로부터 발생된 잔여 잉크 파티클들을 깨끗하게 하는 단계를 더 포함하는, 장식품 프린팅 방법.
  19. 프린팅된 기판에 있어서,
    기판; 및
    상기 기판 상에 프린팅된 장식품 - 상기 장식품은, 톱날형 에지가 없고 1.5 μm 내지 5 μm의 범위의 두께를 가진 잉크젯-프린팅된 잉크 코팅의 적어도 하나의 층을 포함함 -;을 포함하는, 프린팅된 기판.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 기판은 유리 기판 또는 유리 세라믹 기판을 포함하는, 프린팅된 기판.
  21. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,
    잉크젯-프린팅된 잉크 코팅은 100 μm 미만의 가장 긴 횡단면 치수를 가진 적어도 하나의 개방된 특징부를 포함하는, 프린팅된 기판.
  22. 청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    잉크젯-프린팅된 잉크 코팅은 100 μm 미만의 평균적으로 가장 긴 횡단면 치수를 가진 복수의 개방된 특징부를 포함하는, 프린팅된 기판.
  23. 청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 화학적으로-강화처리된 유리를 포함하는, 프린팅된 기판.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 화학적으로-강화처리된 유리는 이온-교환처리된 유리를 포함하는, 프린팅된 기판.
  25. 청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 화학적으로-강화처리된 유리 세라믹을 포함하는, 프린팅된 기판.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 화학적으로-강화처리된 유리는 이온-교환처리된 유리 세라믹을 포함하는, 프린팅된 기판.
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