KR20190090792A - 마이크로 및/또는 나노 구조의 엠보싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 및/또는 나노 구조물을 엠보싱하는 방법에 관한 것이다.

Description

마이크로 및/또는 나노 구조의 엠보싱 방법
인쇄된 스트립 및 필름을 제조하기 위해 다수의 상이한 기술이 이미 알려져있다. 이들은 전통적인 옵셋 인쇄, 특히 웹 옵셋 인쇄에 기원한다. 용지 또는 필름과 같이 인쇄되는 매체는 공급 릴에서 빼내어 연속적으로 인쇄 롤러에 대응하여 인쇄하고 수신 릴에서 감아 올린다. 인장 롤러, 편향 롤러, 건조 롤러 또는 코팅 롤러와 같은 다른 부품이 인쇄기에 존재할 수 있다.
웹 오프셋 인쇄의 변형된 형태는 반도체 업계에서 특히 대응하는 캐리어상의 마이크로 및/또는 나노 구조물을 엠보싱하기 위해 사용된다.
엠보싱 화합물은 특히 스프레이, 라미네이팅 또는 침지에 의해 캐리어, 특히 캐리어 필름에 도포된다. 엠보싱 화합물은 구조화된 엠보싱 롤을 사용하여 1 차 성형 공정에서 가공된다. 그러나, 엠보싱 롤 자체를 구조화하지 않고, 특히 구조화된 층(예를 들어, 언더 레이어에 및/또는 언더 레이어 상에 구조를 엠보싱하는) 및 엠보싱 화합물을 접촉시키는 것이 가능하다. 상기 방법으로, 구조화되지 않은 엠보싱 롤은 특히 엠보싱 화합물내로 필름 위/필름 내에 적용된 구조를 굴린다. 이러한 구조화에 필요한 치수 안정성을 부여하기 위해 응고와 관련된 물질의 전환이 일반적으로 발생한다. 대부분의 경우 에너지가 엠보싱 화합물에 도입된다. 이는 특히 열, UV 또는 마이크로파 방사선에 의해 또는 자기, 전기 또는 전자기장에서의 처리에 의해 수행될 수 있다. 엠보싱 펀치가 상태의 변화를 야기하는 초 임계, 준 안정 엠보싱 화합물을 취급할 때 특히 기계적으로 유도된 반응이 또한 고려될 수 있다. 이러한 맥락에서, 준 안정형, 통계적 다수 입자 시스템으로 이해될 수 있는 엠보싱 화합물은 엠보싱 펀치 또는 엠보싱 롤의 압력에 의해 액상 및 고체 상태로 유도될 수 있으며, 엠보싱 펀치의 효과는 오직 상태 변경을 개시한다. 또한, 엠보싱 혼합물의 형태가 1차 성형 직후에 더 이상 변화될 수 없도록 시간 진행(경화)시에 엠보싱 화합물을 제어할 수 있다. 이것은 엠보싱 화합물에서 이미 개시된 특히 화학 반응에 의해 영향을 받을 수 있으며, 화학자 및 재료 과학자들에게 알려진 엠보싱 혼합물의 에폭시 수지와 같은 접착제 성분의 경화 또는 B 단계 재료의 반응일 수 있다.
UV 방사선이 경화 공정에 사용되는 경우, 엠보싱 방법은 일종의 임프린트 리소그래피로 이해될 수 있다.
엠보싱 화합물이 특히 구조화된 표면을 관통하는 펀치에 의해 형성되는 경우이를 임프린트 리소그래피라고 한다. 물질이 펀치 구조물의 표면에서 옮겨지면 이를 접촉 리소그래피(contact lithography)라고 한다. 접두어인 마이크로(micro)와 나노(nano)는 펀치에 사용된 구조의 크기를 나타낸다.
전형적인 엠보싱된 구조체 크기는 10nm보다 크고, 바람직하게는 50nm보다 크며, 특히 바람직하게는 500nm보다 크다. 그러나, 10㎛, 30㎛ 내지 1mm 또는 10mm의 엠보싱된 구조체 크기가 가능하다. 일부 용도의 경우, 특히 디스플레이 또는 자체 발광 게시판 또는 입학 허가권, 지폐와 같은 위조 인쇄물을 생산할 때 100mm 또는 1000mm 크기의 구조 크기가 가능하다.
그러나 1nm 또는 5nm보다 큰 구조 크기를 만드는 것도 고려할 수 있다. 이를 위해서는 방법 매개 변수와 장비 매개 변수 간의 상응하는 상호 작용이 필요하다. 이것들은 특히 레지스트 케미스트리, 엠보싱 구조 기하 구조와 그 생성, 엠보싱 시스템, 환경의 순도일 수 있다.
구조체 크기의 기술 매개 변수는 비용 효율성의 한계를 나타낸다. 엠보싱 롤을 사용하여 첫 번째 인쇄물에 정밀한 구조를 만들 수 있지만 일반적으로 크기가 서로 다른 이종의 고정밀 구조가 롤러로는 불가능하다.
여러 단계의 크기, 특히 수십배의 격차를 포함하는 구조체를 엠보싱하기 위해, 선택적으로 엠보싱 시스템을 형성하기 위해 특히 연속적으로 연결된 다수의 엠보싱 롤이 사용될 수 있다.
상이한 정밀도 사양을 갖는 다른 엠보싱 롤이 순차적으로 구현되는 경우, 전체 해상도 및 재현성이 적어도 악화되지 않고, 특히 개선될 수 있다.
이러한 상황에서, 엠보싱 롤의 동기화, 캐리어 필름의 프리텐셔닝, 엠보싱 화합물에 대한 주요 및 재형성 공정, 그의 제어 또는 컴퓨터-지원 조절이 대단히 중요하다.
관련 기술의 임프린팅 시스템은 다양한 단점과 관련된다. 엠보싱 롤 내 UV 스테이션의 열적으로 불리한 위치는 또는 그외 엠보싱 롤은 엠보싱 화합물과 캐리어 필름의 치수 정확도에 악영향을 끼치므로 일정한 열 상태를 얻을 수 없으며 불균일한 가열은 엠보싱 롤 및/또는 엠보싱 필름의 추가 왜곡을 초래한다. 이것은 엠보싱 구조체의 왜곡을 초래하여 치수 정밀도를 줄인다.
엠보싱 롤에 배치된 방사선 소스를 사용하는 임프린팅 시스템의 경우, 방사선의 파장에서의 광학 투명도는 기능적 실행가능성의 기본 전제 조건이다. 엠보싱 롤 고유의 안정성에 대한 기본 전제 조건 또한 보장되어야 하며, 따라서 상기 두 가지 특징을 조합한 재료만이 사용될 수 있다.
엠보싱 롤에 방사선 소스가 결합된 시스템의 경우, 통합된 기능을 가지지 않는 시스템에서 보다 엠보싱 롤 유지 보수가 힘들다. 엠보싱 롤을 분해하기 위해 방사선 소스를 유지하는 것도 힘든 과정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 관련 기술의 단점을 제거하고 특히 감소된 유지 보수 노력과 함께 개선된 치수 정확성을 보장하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항의 특징으로 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선점은 종속 항에 기재되어 있다. 상세한 설명, 청구 범위 및/또는 도면에 제시된 특징 중 적어도 2개의 모든 조합도 본 발명의 범위에 속한다. 값의 범위가 주어지면, 확인된 한계 값은 한계 값으로 공개된 것으로 간주되고 어떤 조합으로도 청구 가능하다.
본 발명에 따르면, 마이크로 및/또는 나노 구조물을 엠보싱하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
- 엠보싱 롤이 가교 결합된 방사선에 커플링된 광 가이드로서 작용하도록, 가교 결합 방사선에 대해 투명한 특히 구조화된 엠보싱 롤에 가교 결합 방사선 커플링시키는 단계,
- 엠보싱 롤로부터 가교 결합된 방사선을 디커플링시키는 단계,
- 디커플링된 가교 결합 방사선으로 엠보싱 롤에 의해 작용되는 엠보싱 화합물을 경화시키는 단계.
또한, 본 발명에 따르면, 마이크로 및/또는 나노 구조물을 엠보싱하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 다음을 포함한다:
- 가교 결합 방사선을 방출하기 위한 투과 모듈,
- 가교 결합 방사선에 대해 투명한 엠보싱 롤,
상기 가교 결합 방사선은 상기 엠보싱 롤에 커플링될 수 있어 상기 엠보싱 롤이 상기 가교 결합 방사선에 커플링된 광 가이드로서 사용 가능하며, 상기 가교 결합 방사선은 상기 엠보싱 롤로부터 커플링될 수 있고 엠보싱 롤에 의해 작용하는 엠보싱 화합물은 디커플링된 가교 결합 방사선으로 경화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치를 위한 엠보싱 롤이 제공된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선은 엠보싱 롤의 단부면 중 하나 이상에 커플링된다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 전송 모듈, 특히 방사선 소스 및/또는 광 도파로가 가교 결합 방사선을 엠보싱 롤에 커플링하는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 전송 모듈이 커플링될 때 엠보싱 롤과 접촉하는 것이 제공된다. 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선을 위한 전송 모듈은 접촉하지 않는다 커플링될 때 엠보싱 롤과 접촉하지 않는다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선의 투과 모듈은 방사선을 엠보싱 롤에 커플링하기 위해 적절한, 특히 캡슐화된 액체를 사용하는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선은 UV 방사선인 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선의 복수의 전반사가 엠보싱 롤 내부에서 발생하는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선은 방해된 전반사에 의해 엠보싱 롤을 디커플링하고 동시에 경화를 위해 엠보싱 화합물에 커플링되는 것이 제공된다. 용어 "전반사"는 일반적으로 제 1의 광학적으로 치밀한 매질과 제 2의 광학적으로 얇은 매질 사이에서 전적으로 반사된 광파의 소멸 성분이 제 3의 광학적으로 치밀한 매질로 전이하는 물리적 효과를 의미하는 것으로 이해된다. 제 1 및 제 3 광학 매체는 대략 동일한 광학 밀도를 가져야 하고, 제 2 광학 매체는 상기 2개의 매체보다 낮은 광학 밀도를 가져야 한다. 효과에 대한 자세한 설명은 도면의 설명과 함께 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤의 가교 결합 방사선은 다중 반사(전반사 및/또는 표면 반사)에 의해 균질화된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤은 그 기하학적 구조 및/또는 재료가 그 목적을 위해 의도된 위치를 제외하고 가교 결합 방사선이 엠보싱 롤을 벗어나는 것을 방지하는 방식으로 구성 및 제조된다. 가교 결합 방사선의 트래핑은 내재적 구속(intrinsic confinement)이라고 한다. 따라서 수학적 용어로, 사용된 재료와 함께 엠보싱 롤 형상은 구속된 가교 결합 방사를 기술하는 맥스웰의 방정식에 대한 해를 가져오는 경계 조건을 나타낸다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선은 산란 사이트에 의해 디커플링되는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 화합물은 엠보싱 롤에 의해 형성되고, 엠보싱 화합물은 최소한의 일시적인 지연 또는 동시에 가교 결합 방사선에 의해 경화되는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면은 원추형인 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면은 광 가이던스의 적용을 위해 최적화된 자유 표면을 갖는다. 이것은 특히 수학적 기능에 의해 특히 정확하게 묘사되거나 실험적으로 결정되는 표면으로 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면은 반사기, 특히 역반사기를 포함하거나 또는 그 자체가 반사기, 특히 역반사기로서 구현되는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤의 단부면 중 적어도 하나에는 방사선을 커플링하기 위한 부분적인 미러링 및/또는 그루브 및/또는 노치 및/또는 함몰부가 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 추가 광학 요소, 특히 광학 웨지, 렌즈, 프리즘, 다이어프램 및/또는 거울이 방사선을 커플링하는데 사용된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선은 한 측면, 특히 엠보싱 롤의 한 단부면에 커플링될 수 있고 대향 단부면은 전체적으로 미러링되는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 가교 결합 방사선은 엠보싱 롤의 내부 또는 외부 쉘 표면 상에 커플링되고, 엠보싱 롤의 양 단면은 미러링될 수 있다. 이러한 맥락에서, 커플링은 단부면에 근접하여 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 엠보싱 롤의 외부 쉘 표면은 원통형이 아닌 것이 제공된다. 특히, 말릴 수 있는(rollable) 프리폼 표면이 가능하여 오목한 곡면에서 엠보싱이 수행될 수 있다. 특히 타원형 또는 스플라인으로 묘사될 수 있는 외부 쉘 표면이 엠보싱 롤로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 시스템은 가교 결합 방사선, 특히 UV 방사선을 엠보싱 롤의 단부면 중 적어도 하나에서 가교 결합 방사선에 대해 투명한 엠보싱 롤에 커플링시킨다. 이러한 경우, 엠보싱 롤은 가교 결합 방사선의 광 가이드로서 사용된다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 방사선은 엠보싱 롤로부터 커플링되고 동시에 엠보싱 화합물에 커플링되어 방해된 전반사에 의해 방사선을 경화시킨다.
다른 실시예에서, 방사선은 엠보싱 롤과 엠보싱 화합물 사이의 접촉점에서 전반사가 일어나지 않도록 하는 방법으로 엠보싱 롤과 엠보싱 화합물의 굴절률을 변화시키고 조정함으로써 디커플링될 수 있다
또 다른 실시예에서, 가교 결합 방사선은 엠보싱 화합물에 인접하지 않은 엠보싱 롤의 쉘 표면 상에 산란 사이트를 배치함으로써 디커플링될 수 있다.
바람직하게는 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면은 특히 주기적인 패턴으로 구조화될 수 있다. 샌드 블라스팅 및/또는 그라인딩 및/또는 브러싱의 결과와 같은 구조화가 고려될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면은 산란 사이트의 형태로 엠보싱 롤의 외부 셸 표면의 방향으로 엠보싱 롤에서 방사선을 디커플링시키고 방사선을 엠보싱 화합물에 커플링시키는 광학적으로 붕괴된 표면으로 이해될 수 있다. 산란 사이트를 생성하기 위한 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면의 특징적인 구조 크기는 ㎛에서 나노 미터 범위, 특히 가교 결합 방사선 파장의 크기이다.
엠보싱 롤의 적어도 하나의 단부면 상에 가교 결합 방사선을 결합시키는 것은 광원 크기와 관련하여 엠보싱 롤의 기하학적 제한, 제어되지 않은 열 유속, 마모를 일으키고 임프린팅에 해를 끼치는 회전하는 물체에 대한 전기적 및 기계적 커플링으로 인한 열 제한을 제거한다. 결과적으로, 엠보싱 롤 및/또는 재료의 직경은 방사원의 유형과는 독립적으로 설계되는 것이 편리하다.
"기능 사이트에서의 기능 재료" 원칙을 적용하여 추가적인 장점을 얻어진다. 즉, 해당 기능 소재가 해당 기능 사이트에 따라 사용된다.
예를 들어, 매우 높은 강도를 갖는 기능성 재료가 엠보싱 롤의 기본 몸체에 사용되는 반면, 상응하는 광학 특성을 갖는 기능성 재료는 엠보싱 롤 표면의 필수 기능화 및 방향성 있고 균질한 가교 결합에서의 커플링 및 디커플링을 보증한다.
다른 실시예에서, 기계적 및/또는 열 및/또는 유체 및/또는 계량 구성 요소는 특히 엠보싱 롤베이스 몸체의 외경 내에 배치될 수 있다. 특히, 온도 프로브와 함께 구동 시스템, 가열 및/또는 냉각 시스템은 엠보싱 롤의 몸체에 기능적으로 통합될 수 있다.
추가의 실시예에서, 엠보싱 롤은 세그먼트로 설계되어, 가교 결합 방사선이 사용된 세그먼트에서 집중적으로 전파될 수 있다. 결과적으로, 더 큰 방사선 강도가 엠보싱 화합물로 전달되어 경화 시간을 단축시키고 방법 및 시스템의 생산성을 증가시킬 수 있다.
엠보싱 롤에서 반복적으로 전반사시킴으로써, 엠보싱 화합물의 균질한 조명을 얻는 것이 가능하다. 엠보싱 화합물의 가교 결합 방사선에 의한 조사의 균질성은 균일한 가교 결합을 유도하며, 이는 방법의 안정성에 매우 중요하다.
엠보싱 화합물의 균질하고 목표된 조명을 위해, 특히 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면이 원추형일 수 있는 엠보싱 롤의 원추형 기본 형상이 사용된다. 이러한 방식으로 엠보싱 롤의 위치를 명확하게 정의하고 그로 인해 더 근접한 허용오차가 바람직하다. 엠보싱 롤의 내부 쉘 표면이 원통형인 경우, 강체상의 횡 방향 변위는 견부 또는 스페이서와 같은 추가적인 구조적 특징에 의해서만 정의될 수 있다.
원추 원통형 몸체인 웨지는 특히 원추형 보어, 테이퍼 보어를 가진 엠보싱 롤에서 자기-잠금(self-locking) 방식으로 고정될 수 있다. 이러한 방식으로 임프린트에 필요한 회전 자유도를 제외하고는 모든 추가 자유도가 테이퍼 보어에서 원추형으로 묘사될 수 있는 쌍으로 결정적으로(그리고 과대 평가되지 않고) 제거된다.
바람직하게는 웨지없는(wedgeless) 실시예가 제공되어 엠보싱 롤의 교체를 현저하게 용이하게 한다. 웨지 형상의 제한된 경우가 내부 콘-콘(cone-cone) 접촉면에서 발생해야 하는 경우, 특히 엠보싱 롤에 대한 모든 추가 고정 수단 및/또는 인장 수단이 불필요하게 된다.
임프린트, 투명성, 흡수 거동, 가교 결합 거동 및 가교 결합 속도에 대한 흐름 특성 및 치수 안정성과 관련된 엠보싱 화합물의 특성은 임프린팅 조건에 맞게 조정되어야 한다.
투명하고 특히 구조화된 엠보싱 롤은 엠보싱 화합물에 대해 가능한 가장 낮은 접착 특성을 가져야 한다. 접착 에너지 밀도라고도 하는 접착력은 바람직하게는 서로 접착된 두 개의 표면을 분리하는데 필요한 단위 면적당 에너지에 의해 정의된다. 에너지는 J/m2로 표시된다. 이 문맥에서의 단위 면적당 에너지는 2.5J/m2 미만, 바람직하게는 0.1J/m2 미만, 더욱 바람직하게는 0.01J/m2 미만, 특히 바람직하게는 0.001J/m2 미만, 더욱 특히 바람직하게는 0.0001J/m2 미만, 가장 특히 바람직하게는 0.00001J/㎡ 미만이다. 코팅 재료와 중합체 사이의 단위 면적당 에너지의 전형적인 경험적으로 측정된 평균값은 대략 0.1J/m2 정도이다. 순수한 실리콘과 동일한 폴리머 사이의 단위 면적당 에너지의 경험적으로 측정된 전형적인 평균값은 약 1.2J/m2이다.
동시에, 엠보싱 롤의 구조화된 외부 쉘 표면이 갭이나 기포없이 재생되도록 엠보싱 화합물의 유동 특성을 조절해야 한다. 유동 특성을 결정할 때 가장 중요한 요소는 점도이다. 점도는 온도에 크게 좌우되는 물리적 특성이다. 점도는 일반적으로 온도가 올라감에 따라 감소한다. 실온에서, 점도 값은 10E6mPa*s 내지 1mPa*s, 바람직하게는 10E5mPa*s 내지 1mPa*s,보다 바람직하게는 10E4mPa*s 내지 1mPa*s, 가장 바람직하게는 10E3mPa*s 및 1mPa*s이다.
임프린트 속도는 가능한 한 엠보싱 화합물의 가교 결합이 전혀 롤상에서 발생하지 않도록 선택되어야 하며, 그렇지 않으면 구조화된 엠보싱 롤을 사용할 수 없게될 것이다.
엠보싱 롤에서 엠보싱 화합물의 가교 결합이 일어나고 점도의 변화, 특히 점도의 지수 증가가 발생하면 엠보싱 화합물과 엠보싱 롤의 분리 가능성을 보장해야 한다.
엠보싱된 엠보싱 화합물의 치수 안정성이 가교 결합없이 엠보싱 롤로부터 분리될 수 있을 정도로 충분하면, 엠보싱 화합물의 접착 특성의 변화를 고려하지 않고 나중에 가교 결합이 일어날 수 있다.
리소그래피 임프린팅 공정은 제법으로 지시할 수 있는 공정으로 설명된다. 제법은 기능적 또는 절차적으로 관련된 최적화된 매개 변수 값의 모음이다. 제법을 사용할 때 생산 순서의 재현성을 보장할 수 있다. 이러한 결과의 재현성은 또한 품질의 정의 중 하나로 간주된다.
임프린트 리소그래피의 품질을 보장하려면 특성을 정의하고 분류해야 한다. 모든 방법 및 그 방법을 실행하는 시스템의 품질 기준은 엠보싱된 구조의 균질성, 층 두께, 잔여 층 두께 및 생성된 층의 결함의 부재, 엠보싱 구조물의 치수 및 모양의 정확성 등을 포함한다.
품질 기준은 예를 들어 입력, 처리 및 출력 기능의 세 가지 기본 제목으로 그룹화할 수 있다.
입력 특징은 예를 들어 모든 캐리어 필름 파라미터, 변경 불가능한 기계 파라미터, 설치 사이트에서의 국지적 중력 상수와 같은 영향을 받지 않는 환경 조건을 포함한다.
일반적인 캐리어 필름에는 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 알루미늄 또는 철 또는 몰리브덴 또는 텅스텐 또는 티타늄 또는 니오븀 또는 지르코늄을 함유하는 금속 필름이 또한 사용될 수 있다. 탄소 또는 규소를 함유하는 섬유 강화 재료를 사용하는 것이 고려될 수 있다.
특별한 경우에, 단단하고 평평한 표면에 임프린트 리소그래피를 수행하는 것이 고려될 수 있다. 엠보싱 롤과 캐리어의 상대적 이동이 임프린트에 사용된다. 이러한 방식으로, 플레이트 글라스 패인, 금속 플레이트 또는 기판, 특히 반도체, 특히 다음의 물질 또는 원자 또는 화합물을 함유하는 것: GaAs, GaN, InP, ZnS, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, Hg(1-x) Cd(x) Te, BeSe, HgS, InSb, GaAs, InS, InSe, InTe, CuInSe2, CuInS2, CuInGaS2, SiC, SiGe, SixNy, Si 또는 이들의 혼합물을 재현성있게 그리고 저렴하게 전체 영역에 걸쳐 구조를 부여 할 수 있다.
엠보싱에 특히 중요한 매개 변수는 캐리어 필름의 두께 및 탄성 및/또는 인장 강도이다.
캐리어 필름은 10㎛보다 큰, 바람직하게는 50㎛보다 큰, 특히 바람직하게는 100㎛보다 큰, 가장 특히 바람직하게는 500㎛보다 큰 두께를 가질 수 있다. 이론적으로, 1000㎛보다 큰 두께를 갖는 캐리어 필름을 인쇄하는 것도 가능하다.
캐리어 필름의 탄성은 엠보싱 구조의 치수 정확도를 측정한 것이다. 캐리어 필름이 늘어나거나 구겨지거나 구부러지면 동일한 구조를 엠보싱 할 수 없다. 따라서, 캐리어 필름은 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 특히 바람직하게는 1% 미만, 최적으로는 0.1% 미만, 이상적으로는 0%의 탄성을 가져야 한다.
공급 속도는 임프린팅 시스템의 생산성에 있어 매우 중요하다. 공급 속도는 0.01m/min 보다 빠르며, 바람직하게는 0.1m/min 보다 빠르며, 특히 바람직하게는 0.5m/min 보다 빠르며, 가장 바람직하게는 1m/min 보다 빠르며, 최적으로는 10 m/min 보다 빠르며, 이상적으로는 20m/min 보다 빠르다.
관련 기술은 예를 들어 US5425848에 게시된다. 표준 산업 방법에서, 경화용 방사선은 엠보싱 실린더 내부에서 생성될 수 있으며, 이는 방사선에 대해 투명해야 한다. 다른 표준 산업 시스템에서, 조명 유닛에서 엠보싱 후에 경화가 수행된다.
공정 특징은 캐리어 필름에 엠보싱 화합물을 적용하는 것과 관련된 모든 특징, 예를 들면 캐리어 필름 제조 및 엠보싱 화합물 제조, 적용 공정 자체 및 다음 공정 단계까지 캐리어 필름에 부착유지되는 엠보싱 구조물의 후 처리를 의미하는 것으로 이해된다.
출력 특징은 구조 형태로 인코딩된 정보 내용에 대한 활발한 물질적 변화 또는 변경 여부와 같은 리소그래피 프린팅 공정을 통해 엠보싱 화합물을 변경한 모든 특징으로 간주된다.
품질 기준을 충족 시키려면 사전에 모든 입력 및 공정 특성을 조화시켜 출력 특성을 재현 가능하게 달성할 수 있어야 한다. 따라서 상기 조화의 본질은 임프린팅 장비, 사용된 방법 및 재료(엠보싱 화합물 및 캐리어 필름, 엠보싱 롤, 시스템 재료) 및 예를들어 캐리어 필름의 구성, 캐리어 필름 재료, 청결, 대기 상태에 강하게 영향을 받는다.
무한 캐리어 필름에 적용되고 임프린팅 시스템을 사용하여 수행될 수 있는 엠보싱 화합물의 임프린트 리소그래피에 관한 일반적인 방법은 본질적으로 다음의 부분 단계로 이루어지며, 여기서 부분 단계의 알려진 부차적인 구분은 일반적으로 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
제법에서 공정 특징은 특정 목적을 위해 함께 그룹화되며 부분 단계는 논리적 조합으로 생성된다. 제법은 기계 판독 가능하거나 조작자가 이해할 수 있는 형태의 명령 세트로서 제공될 수 있다. 임프린팅 기계에서 발생하는 공정 특징을 구현하기 위한 제법의 실행이 여기에 설명된다. 준비 방법 단계에 대한 설명은 여기에서 반복되지 않는다.
엠보싱 롤 생산
엠보싱 롤은 EP2761371에 포함된 설명에 따라 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 또 다른 개시된 실시예에서, 일렉트론 빔 리소그래피, 원자력 현미경, LIGA[리소그래피, 전기 도금, 몰딩] 공정을 사용하여 또는 X 선 빔 리소그래피 또는 제 1 서브 공정으로 다른 제조 공정을 사용하여 네거티브 롤로 구조화된 마스터를 생성할 수 있다.
제 2 서브 공정에서, 마스터는 개시된 것과 유사한 엠보싱 방법으로 엠보싱 롤의 외부 쉘 표면으로 이송될 수 있다. 이를 위하여, 마스터와 엠보싱 롤은 서로에 대해 롤링되고 가교 결합된다.
제 3 서브 공정에서, 적어도 하나의 단부면은 방사선이 커플링될 수 있도록 기능화된다: 부분적인 미러링 및/또는 그루브 및/또는 노치가 생성될 수 있다. 방사선이 한 측면에 커플링되면 엠보싱 롤의 반대쪽 단부면이 전반사될 수 있다. 방사선 커플링의 기능화에 따라, 방사선 소스와 엠보싱 롤 사이의 광학 손실이 최소화될 수 있고, 바람직하게는 제거될 수 있다.
방사선 소스의 특성은 1W 내지 10㎾, 바람직하게는 100W 내지 7㎾, 특히 바람직하게는 500W ~ 5kW의 전기 접속 부하이다.
방사선원의 광 출력은 통상 1mW 내지 1kW, 바람직하게는 1W 내지 1kW, 특히 바람직하게는 100W 내지 1kW 정도이다.
전기적으로 연결된 부하와 광 전력 사이의 차이는 당업자에게 공지된 대응하는 냉각제 및 냉각 장치에 의해 일반적으로 열로서 전력 손실로서 방산된다.
방사선 소스의 일반적인 파장은 고압 수은 아크 램프의 g 및/또는 h 및/또는 i 라인이다. 이러한 알려진 파장은 반도체 레이저 또는 LED, 기타 가스 방전 램프와 같은 적절한 장비로 생성될 수 있다. 본 발명에 따른 하나의 예시적인 실시예에서, 광 변환기는 방사선의 파장 또는 주파수를 변환하는데 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 가교 결합 파장(들), 점도, 조성, 굴절률, 엠보싱 화합물의 경화, 유리 전이 온도 등으로 인한 굴절률의 변화와 같은 화학적 성질에 적응된 240nm 내지 약 1000nm의 파장 범위의 방사선 소스를 사용할 수 있다.
엠보싱 화합물 및 바람직하게는 365nm의 파장을 갖는 방사선 소스, 특히 LED 방사선 소스의 화학적 특성의 조화는 낮은 열 발생을 수반하는 높은 방사선 수율로 인해 유리하다.
제 4 서브-공정에서,완성 된 엠보싱 롤은 바람직하게는 단색의 간섭성 방사선을 사용하여, 바람직하게는 스펙클 간섭계를 사용하여 특히 광학적으로 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실시예
제 1 단계에서, 특히 릴 상에 감겨 진 캐리어 필름이 임프린팅 시스템에 장착된다. 필요한 매체(예: 압축 공기, 진공, 엠보싱 컴파운드)가 있는지, 공기 필터의 탈 이온화, 기능성, 측정 및 제어 기기의 센서 값의 타당성과 같은 예비 점검도 수행해야 한다.
상기 단계에서 캐리어 필름의 리더, 초기 장력, 위치, 광학 투명도를 확인할 수 있다.
상기 단계에는 방사선 소스를 검사하여 자동화된 방법으로 위치, 출력 강도 또는 기타 매개 변수가 제조법에 지정된 매개 변수 필드 내에 있는지 확인하는 것도 포함된다. 에러가 발견되면, 본 발명에 따른 방법은 종료될 수 있다.
다음 단계에서, 엠보싱 화합물은 엠보싱되는 캐리어 필름의 측면 또는 양면에 적용된다. 선택적으로, 적층된 엠보싱 화합물이 사용될 수 있다.
다음 단계에서, 방사선은 일시적으로 연속적으로 또는 시간 간격으로, 즉 간헐적으로 특히 회전하는 엠보싱 롤 내로 지향된다.
다음 단계에서, 엠보싱 화합물은 엠보싱 롤에 의해 형성된다. 최소 시간 지연 또는 동시에, 본 발명에 따른 제 4 단계에서, 엠보싱 화합물의 가교 결합은 특히 UV 방사선에 의한 에너지 또는 상태 변화의 도입에 의해 개시된다.
이 시점에서 동질적인 에너지 공급을 보장하는 것이 특히 중요하다. 특히, UV 방사의 광학 균질성은 70% 내지 100%, 바람직하게는 80% 내지 100%, 특히 바람직하게는 90% 내지 100%, 가장 바람직하게는 95% 내지 100%의 값 범위 내에 있어야 한다.
가교 결합 방사선의 에너지 밀도는 특히 엠보싱 결과에 중요하다. 따라서, 엠보싱 필름상의 또는 일반적으로 기판상의 엠보싱 화합물을 통해 측정된 5mW/cm2 내지 2000mW/cm2, 바람직하게는 10mW/cm2 내지 1000mW/cm2, 특히 바람직하게는 100 내지 700mW/cm2의 에너지 밀도가 조사 밀도로 사용된다.
다음 단계에서, 완성된 구조를 갖는 엠보싱 롤과 엠보싱된 캐리어 필름은 특히 연속적으로 분리된다.
다음 단계에서, 캐리어 필름은 추후 처리를 위해 수용 릴 상에 감겨진다.
상기 방법의 추가 전개에서, 복수의 엠보싱 롤이 엠보싱 화합물에 연속적으로 작용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 전개에서, 두 개의 엠보싱 롤은 양면에, 특히 동시에 적용된 엠보싱 화합물을 가공할 수 있다. 또한, 엠보싱 롤을 공간적으로 분리하여 각각의 엠보싱 롤이 지지 롤러 또는 지지면에 대해 캐리어 필름과 함께 엠보싱 화합물을 개별적으로 가압 할 수 있도록 하는 것도 고려될 수 있으며, 여기서는 더 자세하게 설명하지 않는다.
본 발명의 다른 장점들, 특징들 및 세부 사항들은 바람직한 실시예들에 대한 이하의 설명 및 도면을 참조하여 명백해질 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 1 실시예의 개략도,
도 1b는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 2 실시예의 개략도,
도 1c는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 3 실시예의 개략도,
도 1d는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 4 실시예의 개략도,
도 1e는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 5 실시예의 개략도,
도 1f는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 6 실시예의 개략도,
도 1g는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 7 실시예의 개략도,
도 1h는 본 발명에 따른 엠보싱 롤의 제 8 실시예의 개략도,
도 2a는 방해된 전반사를 사용하는 본 발명에 따른 실시예의 개략도,
도 2b는 붕괴 사이트와의 디커플링을 사용하는 본 발명에 따른 실시예의 개략도,
도 3a는 전반사의 개략도,
도 3b는 경계면상의 강도 구배의 개략도,
도 3c는 방해된 전반사의 개략도,
도 3d는 방해된 전반사를 사용하는 경계면상의 강도 구배의 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 방법의 시퀀스의 개략적 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 장치의 개략적 블록도.
도면들에서, 동일한 기능을 갖는 동일한 구성 요소 또는 구성 요소는 동일한 참조 부호로 표시된다.
도 1a는 엠보싱 모듈(2), 특히 엠보싱 롤(2)의 본 발명에 따른 제 1 실시예의 개략도이다. 왼쪽의 도면은 평면도를 나타내고, 오른쪽의 도면은 측면도를 나타내며, 아래는 단면 A의 확대도이다. 엠보싱 롤(2)은 캐리어 재료의 폭에 맞게 조절될 수 있는 전형적인 폭(bp)을 가진다. 엠보싱 롤(2)의 외경(D)에는 특히 구조화된 외부 쉘 표면(2a)이 있다. 외부 쉘 표면(2a)은 엠보싱 폭으로 간주될 수 있는 전형적인 폭(bp)보다 넓을 수 있다.
외부 쉘 표면(2a)과 엠보싱 화합물 사이의 접착력은 매우 낮은 것이 바람직하다. 접착은 바람직하게는 서로 결합된 두 표면을 분리하는데 필요한 단위 면적당 에너지에 의해 정의된다. 에너지는 J/m2로 표시된다. 이 문맥에서의 단위 면적당 에너지는 2.5J/m2 미만, 바람직하게는 0.1J/m2 미만, 더욱 바람직하게는 0.01J/m2 미만, 특히 바람직하게는 0.001J/m2 미만, 더욱 특히 바람직하게는 0.0001J/m2 미만, 가장 특히 바람직하게는 0.00001 J/m2 미만이다. 낮은 접착력은 쉘 재료 자체의 표면 성질에 기인 할 수 있거나, 쉘은 그에 따라 낮은 접착력을 갖는 재료로 코팅될 수 있다.
섹션 A는 구조화된 표면의 개략도이다. 다른 변형예에서, 외부 쉘 표면(2a)은 또한 구조화되지 않을 수 있다.
쉘은 매우 부드럽거나 매우 단단한 재료로 이루어져 있다. 경도에 대한 다양한 기술적 파라미터가 있다. 정확한 경도 측정 방법은 많은 영향 요인에 달려 있다. 가장 중요한 요소는 테스트되는 재료와 테스트 몸체이다. 금속 및 세라믹, 즉 상응하는 강도 및/또는 상응하는 소성 능력을 가진 몸체는 로크웰, 브리넬 및 비커스(Bickers)에 따른 경도 방법으로 대부분 테스트되지만 항상 그렇지는 않다.
개별 경도 측정 값 사이의 변환은 제한된 정도에서만 가능하다. 이러한 목적을 위한 테이블 및 수식이 존재하고 당업자에게 공지된다. 그러나 정확한 변환이 항상 가능하지는 않거나 부정확하다는 점에 유의해야 한다. 다음의 경도 측정 값은 비커스(Vickers) 경도를 반영한다.
경질 재료로 제조된 쉘에 대한 비커스 경도는 10 이상, 바람직하게는 100 이상, 더욱 바람직하게는 500 이상, 특히 바람직하게는 2000 이상, 가장 바람직하게는 4000 이상이다.
연질 재료로 제조된 쉘에 대한 비커스 경도는 4000 미만, 바람직하게는 2000 미만,보다 바람직하게는 500 미만, 특히 바람직하게는 100 미만, 가장 바람직하게는 10 미만이다.
탄성은 탄성 계수로 설명된다. 쉘 탄성 계수는 1 GPa 내지 1000 GPa, 바람직하게는 10 GPa 내지 1000 GPa,보다 바람직하게는 25 GPa 내지 1000 GPa, 특히 바람직하게는 50 GPa 내지 1000 GPa, 가장 바람직하게는 75 GPa 내지 1000 GPa이다. 일부 강철 유형의 탄성 계수는 예를 들어 200 GPa 정도이다. SiO2의 탄성 계수는 60 GPa와 80 GPa 사이이다.
엠보싱 롤(2)의 단부면(2s)은 가교 결합 방사선(또한 경화 방사선이라고도 함)에서 커플링하는 역할을 한다. 엠보싱 롤(2)의 다른 단면(2sp)은 효율을 높이기 위해 반사될 수 있다. 엠보싱 롤(2)의 내부 직경(d)에서, 특히 원통형 내측 쉘 표면(2i)은 특히 엠보싱 모듈(2)의 형상, 안정성 및 필수적인 기계적 및 열적 특성을 결정하는 고체 실린더 몸체(16)의 외부 쉘 표면(16a)과 동심으로 커플링된다.
실린더 몸체(16)는 기계적 구동 장치, 열 및/또는 유도 가열기, 온도 프로브와 같은 센서, 압력 센서, 편향 센서, 냉각 시스템과 같은 히트 싱크, 특히 액체 냉각 시스템에 연결될 수 있으며, 특히 수냉 시스템은 실린더 몸체(16)의 내부에 수용된다. 이들 도면은 도면에 명시적으로 도시되어 있지 않다.
엠보싱 롤(2)의 온도는 특히 전자기 방사선이 커플링되는 동안 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 원하는 온도로부터 엠보싱 롤(2)의 온도 변화는 10℃ 미만, 바람직하게는 5℃ 미만, 여전히 보다 바람직하게는 2℃ 미만, 특히 바람직하게는 1℃ 미만, 가장 특히 바람직하게는 0℃이다.
엠보싱 롤(boss)의 전형적인 폭 및 실린더 몸체(16)의 통상적인 베어링 길이(별개로 식별되지 않음)는 동일한 길이일 수 있다. 다른 실시예에서, bp는 실린더 몸체(16)의 통상적인 베어링 길이보다 짧을 수 있다. 다른 실시예에서, bp는 실린더 몸체(16)의 통상적인 베어링 길이보다 길 수 있다.
실시예의 광학 특성은 여기에서 단순화된 형태로 표현된다. 엠보싱 롤(2)의 외부 쉘 표면(2a)은 광학면에서 경계면(G)으로 이해될 수 있다. 굴절률(n2)에서, 엠보싱 롤(2)의 재료는 주변 환경보다 광학적으로 조밀한 매체(M2) 굴절률 n1을 갖는 광학적으로 더 얇은 매체(M1)를 포함하며, 이와 관련하여도 2a를 또한 참조한다.
쉘, 즉 표면(2a, 2i, 2s, 2sp)에 의해 경계가 정해진 체적 몸체는 40 % 초과, 바람직하게는 60% 초과, 특히 바람직하게는 80% 초과, 가장 바람직하게는 99.5% 초과, 가장 특히 바람직하게는 99.9 % 초과의 투명도를 갖는다.
본 발명에 따른 또 다른 특별한 실시예에서, 엠보싱 롤(2)이 필수적인 특성을 갖는다면, 엠보싱 롤(2)의 외부 쉘 표면(2a)에 구동 유닛을 장착하는 것이 고려될 수 있다. 내부 중공 엠보싱 롤(2)은 센서 시스템 등을 수용하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 실린더 몸체(16)가 생략될 수 있다.
도 1b는 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2')의 제 2 실시예의 개략도이다. 도 1a와 유사하게, 엠보싱 롤(2')은 엠보싱될 구조의 네가티브를 가질 수 있지만 다른 실시예에서는 재구성될 수 있는 외부의 원통형 쉘 표면(2a)을 포함한다. 그 차이는 엠보싱 롤(2')의 단부면에 존재할 수 있다. 한 단부면(2sp)은 도 1a의 단부면과 동일할 수 있고, 다른 단부면(2k)은 동심원 형태의 부분적인 미러링을 포함할 수 있으며, 주변, 비 반사 원형 링(lk)이 광 커플링에 사용된다. 단부면의 양 측면상의 적어도 부분적인 미러링으로 인해, 상기 실시예는 바람직하지 않은 방출 손실의 감소를 통해 더 큰 광학 효율을 갖는다.
도 1c는 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2")의 제 3 실시예의 개략도이다. 도 1a-1b에 대한 설명은 이 실시예에도 적용된다. 그 차이점은 외부 쉘 표면(16k)상의 실린더 몸체(16)가 원추형이라는 것이다. 일반적인 원추 각은 0도 이상, 바람직하게는 1도 이상, 더욱 바람직하게는 5도 이상, 특히 바람직하게는 10 Grad 이상, 가장 특히 바람직하게는 15도 이상이다. 각도는 엠보싱 롤(2")의 강도 감소에 따라 정의되어야 한다. 엠보싱 롤(2")의 내측 쉘 표면(2ik)은 쉘 표면(16k)과 동일한 원뿔 곡선으로 구성되어, 두 표면 사이에서 전체적으로 균일한 작동이 이루어진다. 엠보싱 롤(2")의 외부 쉘 표면(2a)은 또한 원통형이다. 동일한 방식으로도 1a 또는 1b에 도시된 바와 같이, 단부면은 반사(2sp), 비 반사(2s) 또는 부분 반사(2k)일 수 있다.
본원에 도시되지 않은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 실린더 몸체와 엠보싱 롤이 수학적으로 기술되고 최적화된 자유 곡면에 따라 서로 연결되는 것이 바람직하다.
도 1d는 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2"')의 제 4 실시예의 개략도이다. 도 1a 내지 도 1c의 것과 달리, 엠보싱 롤(2"')은 세그먼트로 구성된다. 세그먼트는 방사선의 전파가 항상 한 세그먼트로 제한될 수 있는 방식으로 방사선 불투명 파티션 t, t', t", t"'에 의해 서로 분리된다. 이는 엠보싱 롤(2"')의 변형으로 실현될 수 있다. 다른 실시예에서, 특히 반사 요소가 엠보싱 롤(2"')로 도입될 수 있다. 이를 통해 더 큰 방사선 출력을 결합하거나 결합할 수 있으며 여러 방사선 소스를 다양한 스펙트럼, 다른 엠보싱 공정와 함께 사용하는 경우 가능하다.
도 1e는 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2"")의 제 5 실시예의 개략도이다. 도 1b에 부가하여, 도 1b와 마찬가지로, 분할된 엠보싱 롤(2"")의 단부가 반사부(s) 및 광 결합부(1k)와 함께 부분적으로 미러링된다 파티션의 수(t, t', t", t"')는 집합 M{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10이상}으로부터 결정될 수 있다.
엠보싱 롤(2"")의 외부 쉘 표면은 구조화되거나 비 구조화될 수 있다.
도 1f는 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2""')의 제 6 실시예의 개략도이며, 엠보싱 롤(2""')은 코어가 없는 중실체로 구성된다. 그러나, 다른 압력체를 엠보싱 롤(2""")로 정의 할 수 있는데, 이는 롤 형상이 아니라 펀치 형태인데 엠보싱을 위해 롤링 운동보다는 선형에 의존한다. 대응하여, 엠보싱 롤(2""')의 외부 쉘 표면은 편평한 펀치 표면으로 변형될 수 있다.
도 1g는도 1d와 도 1f 또는 도 1e의 조합으로서 이해될 수 있는, 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2"""')의 제 7 실시예의 개략도이다. 따라서, 엠보싱 롤(2"""'), 특히 엠보싱 롤(2"""')의 외부 쉘 표면은 파티션(t, t', t", t"")에 의해 서로 분리되는 부분으로 구성된다. 여기에 설명된 특징은 유사하게 적용된다.
도 1h는 본 발명에 따른 엠보싱 롤(2"""')의 제 8 실시예의 개략도이다. 엠보싱 롤의 내부 기능면(2i) 및/또는 이에 가까운 광학 요소(18)는 방사선 빔을 커플링할 때 방사선을 결합시키고 형상화하는 광학 웨지로서 특히 묘사된다. 방사선은 바람직하게는 방해된 전반사로 커플링된다. 실린더 몸체(16)는 이에 상응하여 형상화될 수 있으므로 가교 결합 방사선이 엠보싱 롤의 기능 층에 커플링될 수 있다.
실린더 몸체(16) 및/또는 엠보싱 롤의 내부 기능 쉘 표면(2i)은 또한 구조화될 수 있다. 구조체, 특히 역 반사체의 경우, 캣츠 아이(cat's eye) 구조가 전반사(들) 또는 표면 반사(들)의 내부 가이던스를 위해 사용될 수 있다. 개별 구조의 전형적인 크기는 0.1mm보다 크고, 바람직하게는 0.5mm보다 크고, 보다 바람직하게는 1mm보다 크고, 특히 바람직하게는 2mm보다 크고, 이상적으로는 5mm보다 크다. 선택적으로, 0.1 ㎜보다 작거나 10 mm 보다 큰 반사기를 사용하는 것이 고려될 수 있다.
역 반사기의 구멍 각도는 가교 결합 방사선 및 구조 크기에 대한 실제적인 목적에 따라 0.01° 내지 180° 정도가 되도록 설계될 수 있다. 역 반사기의 바람직한 각도는 90°± 5°이다. 상기 계산은 당업자에게 공지된다. 본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 가교 결합 방사선은 엠보싱 롤의 외부 기능성 쉘 표면(2a)에 커플링될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 가교 결합 방사선의 평행 커플링이 원칙적으로 고려될 수 있고, 방사선은 내부 기능 쉘 표면(2i) 및 외부 기능 쉘 표면(2a) 모두에 커플링된다.
도 2a는 방해된 전반사를 사용하는 본 발명에 따른 실시예의 개략도이다. 여기서, 도 1a-1h의 실시예는 예시적인 빔 경로 L로 보충된다. 특히 넓어진 빔에 대한 반복적인 전반사가 개략적으로 표현되며, 여기서 엠보싱 롤의 균일한 조명과 방사산의 균일한 커플링이 엠보싱 화합물(17)에서 발생한다. 엠보싱 롤(2)은 실린더 몸체(16), 커플링을 위한 단부면(2k, 2s) 및 반사 단부면(2sp)을 더 포함한다. 엠보싱 화합물(17)은 비례하지 않고 기호적으로 나타내어지며, 여기서 방사선 입력이 또한 도시된다. 내부 쉘 표면은 전반사에 기인하여 반사성이거나 그렇지 않으면 방사선 불투명이다.
도 2b는 붕괴 사이트 디커플링을 사용하는 본 발명에 따른 실시예의 개략도이다. 본 발명에 따라 개시된 엠보싱 롤(2)은 도 1a 내지 도 1h에서 예시적인 목적으로 나타낸 실시예에서 사용된다. 방사선은 앞의 도면에서 보여준 것과 유사하게 커플링된다.
도면을 명료하게 유지하기 위해, 엠보싱 롤 내의 빔 경로는 전체적으로 도시되지 않는다. 엠보싱 롤의 외부 실린더 쉘 표면과 접촉하게되는 엠보싱 화합물은 도시되지 않는다. 빔의 커플링은 L로 표시된다. 엠보싱 롤 내부의 확률적 빔 경로는 나타내지 않는다. 방사선을 디커플링하는 통계적으로 균등하게 분포된 콘(cone)을 갖는 붕괴 사이트(16s)에 의한 디커플링은 개략적으로만 표현된다.
디커플링된 방사선의 균질성은 붕괴 사이트의 분포, 모양 및 크기의 매개 변수에 의해 결정된다. 당업자는 붕괴 사이트의 설계에 익숙하다고 가정한다. 붕괴 사이트는 산란 센터로 해석될 수 있다.
실린더 몸체(16)의 쉘 표면(16a)은 연마되거나 랩핑되지 않으며, 즉 표면 품질이 향상되지 않고, 대신에 붕괴 사이트(16s)가 제공된다. 이것들은 특히 브러시 표면의 형태를 가질 수 있다. 샌드 블라스팅 또는 에칭된 그레인 경계로부터 트랙을 구조화하는 것이 목표된 방식으로 제공될 수 있다.
표면(16a)이 수학적으로 최적의 표면 형태로부터 미세한 주기적 편차를 확률 적으로 균일하게 분포시키는 것은 허용되지만, 이들은 방사선 파장과 동일한 크기의 순서이어야 한다. 이것은 엠보싱 화합물의 균일한 조명을 가능하게 한다. 방사선(L)의 빔 경로는 도 2a에 나타낸 바와 같이 이해되어야 한다.
도 3a는 경계면(G)에서의 전반사 및 강도 구배의 개략도이다. 여기서, 기하학적 광학의 단순화된 기본 원리가 사용된다. 따라서, 굴절률 n2를 갖는 광학적으로 치밀한 매질 M2로부터 굴절률 n1을 갖는 광학적으로 더 얇은 매질 M1으로의 광 빔의 출구에서 임계각 θc가 생성되며, 그 이상의 굴절률 n1을 초과하면, 전반사가 발생하고, 어떠한 방사선도 광학적으로 더 얇은 매질내로 디커플링되지 않는다. 이러한 규칙은 해당 분야의 전문 엔지니어 및 물리 전문가에게 알려져 있다. 경사 빔의 빔 경로가 또한 도시되어 있는데, 이것은 밀도가 높은 광학 매체에서 수직에 대해 각도 α만큼, 즉 출력에서 수직에 대해 각도 β만큼 굴절된다.
도 3a 옆의 도 3b의 다이어그램은 전반사된 빔의 강도 분포를 도시하며, 강도 I는 표면으로부터의 수직 거리 x의 함수로서 조정되지 않은 것으로 표현된다.
광학적으로 고밀도인 매질(M2)에서의 전반사된 빔의 강도는 값 I2를 갖는 상수로서 표현된다. 경계 표면에 가까운, 당업자에게 공지된 파-광학 현상은 "라이트-스킨(light-skin)"이 나타난다. 따라서, 굴절률 n1을 갖는 매질 M1에서의 강도 I1은 지수 함수 e의 역수에 비례한다. 이는 소멸 파 때문이다.
도 3b는 경계면(G)에서의 전반사된 빔의 강도 구배(I2) 및 소멸 파의 질적 강도 기울기(I1)의 개략도이다.
도 3c에 따르면, 굴절률 n3을 갖는 대상(O)은 거리(k)에서 경계면(G)에 근접하게 위치된다. 굴절률 n1은 굴절률 n3보다 작다. 거리 k가 충분히 작으면(0 이상), 굴절률 n3을 가진 대상(O)은 라이트-스킨 내부에 위치한다. 이러한 방식으로, (대응하는 흡수 특성을 가정하는) 방사선의 적어도 일부는 대상(O)에 의해 흡수된다. 이는 전체적으로 반사된 방사선을 매질(M1)로부터 대상(O)으로 결합시키는 것을 가능하게 한다.
방해된 전반사 빔의 강도 분포는 도 3d에서 질적으로 표현되며, 강도 I는 전파 방향 x의 함수로서 표현된다.
매질 M2에서, 강도 I2는 상수로서 취급된다. 경계면(G) 뒤에, 굴절률 n1을 갖는 매질(M1)의 강도는 지수 함수 e의 역수에 비례한다. 경계면 H에서, 잔여 강도 I3은 매질(O)에 커플링되고 매질 O에서 명백하게 상수로 전달된다.
도 4는 본 발명에 따른 임프린팅 방법의 개략적 블록도이다.
제 1 단계(101)에서, 방사선은 엠보싱 롤에 커플링된다.
제 2 단계(102)에서, 엠보싱 화합물과 엠보싱 롤 사이의 접촉이 개시된다.
제 3 단계(103)에서, 엠보싱 화합물에 방사선을 커플링함과 동시에 방사선이 동반된 엠보싱 롤로부터 디커플링된다. 이러한 방식으로 경화가 시작된다.
제 4 단계(104)에서, 엠보싱 롤은 엠보싱 화합물로부터 분리된다.
제 5 단계(105)에서, 특히 단계(101)가 다시 개시되도록 엠보싱 롤은 연속적으로 반복되는 엠보싱을 위해 세정 및 준비된다.
단계들(101 및 102)은 서로 스왑될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 임프린팅 시스템의 기능적 시퀀스를 나타낸 것이다. 임프린팅 시스템(15)은 기술된 모듈들의 조합 및 커플링으로 구성된다: 캐리어 재료(5), 특히 캐리어 필름은 전송 모듈(1)로부터 리시버 모듈(4)로의 엠보싱 방법을 통과한다. 엠보싱은 엠보싱 모듈(2)에서 발생하고, 상기 엠보싱 모듈은 엠보싱 롤로 구현될 수 있다. 엠보싱 력(F)이 가해지고, 지지 모듈(3)에 의해 흡수된다. 이것은 일반적으로 반력(F')으로 표시된다.
드라이브(8)(변속기가 있거나 없는 모터)은 엠보싱 화합물와 엠보싱 모듈 사이의 상대 이동, 특히 엠보싱 롤을 생성하는 데 사용된다. 특히, 엠보싱 화합물와 엠보싱 롤이 있는 캐리어 필름은 서로 롤 오버될 수 있다. 추가의 힘 및 압력 발생 요소(8)는 힘(압력)을 생성할 수 있다. 이는 유압 및/또는 공압 및/또는 기계적 및/또는 전자적으로 및/또는 전자 기적으로 발생될 수 있다.
경화 방사선을 생성하기 위해, 방사선 모듈(9)은 엠보싱 모듈과 커플링된다. 방사선 모듈은 적어도 하나의 방사선 소스(LED 또는 LED 어레이, 또는 수은 증기 램프, 또는 할로겐 스포트 라이트, 또는 레이저, 또는 마그네트론 또는 다른 드리프트 튜브), 거울, 반투명 거울, 렌즈, 프리즘, 광 가이드, 다이어프램 등과 같은 빔 형성 요소, 냉각 시스템과 같은 추가 보조 장치를 포함 할 수 있다.
전송 모듈(1) 뒤에, 캐리어 재료(5)는 특히 캐리어의 정전기를 중화시키고 캐리어에서 임의의 입자를 제거하기 위해 스테이션을 세정 및/또는 탈 이온화하기 위한 서브 모듈을 포함할 수 있는 가이드 및/또는 프리텐셔닝 및/또는 결합 모듈(10)을 통과한다. 이것은 다음 모듈로서 상부 코팅 모듈(6) 및/또는 선택적으로 하부 코팅 모듈(7)이 뒤따를 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 모듈은 피복 필름을 제거하고 엠보싱 화합물을 노출시키는 역할을 할 수 있다. 모듈(6 및 7)은 엠보싱 화합물을 측정된 양으로 전달하고, 모양을 만들고, 초과 용매를 제거하고 및/또는 엠보싱을 위해 준비한다.
다음 모듈로서, 엠보싱 모듈(2)은 본 발명에 따른 방법 및 보조 유닛을 포함 할 수 있다.
모듈(12) 및 모듈(13)과 같이, 특히 보호 층 및/또는 보호 필름을 적용하거나 및/또는 완전한 경화를 수행할 수 있는 하류 모듈이 뒤따를 수 있다.
추가 탈 이온 스테이션 및/또는 프리텐셔닝 및/또는 폐쇄 루프 제어 및/또는 가이드 모듈(11)이 리시버 모듈(4) 앞에 삽입될 수 있다. 임프린팅 시스템(15)은 예를들어 처리 속도, 품질, 공정 일관성 및 안정성을 유지하기 위해 측정 및/또는 개방 루프 제어 및/또는 폐-루프 제어 모듈 또는 모듈들(14)로 모니터링 및 조정될 수 있다. 개방 루프 및/또는 폐쇄 루프 제어 모듈(14)을 가진 모든 모듈의 네트워킹은 점선으로 표시된다.
임프린팅 시스템(15)(도시되지 않음)의 또 다른 실시예에서, 개별 모듈들을 서로 조합할 수 있다. 예를 들어, 임프린팅 모듈(2), 구동 모듈(8) 및/또는 방사 모듈(9)은 함께 통합될 수 있다. 전송 모듈(1)을 가이드 및/또는 프리텐셔닝 및/또는 결합 모듈(10)과 조합하는 것이 더 가능하다. 또 다른 가능성은 전송 모듈(1)과 결합 모듈(10) 및 코팅 모듈(6) 및/또는 코팅 모듈(7)과의 통합을 포함한다. 이는 모듈(11, 12, 13 및 4)에 대해 유사하게 적용된다.
이러한 모듈러 구조는 기능들을 분리하고 기능들을 통합하는 것을 가능하게하여, 기능 및/또는 비용에 대해 최적화된 임프린팅 시스템(imprinting system)(15)을 생성한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 임프린팅 시스템의 다른 실시예에서, 엠보싱 모듈(2)만이 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 엠보싱 모듈(2)과 개방 루프 제어 모듈(14)의 조합이 고려될 수 있다. 임프린팅 시스템(15)에 대한 모듈(특히 모듈(2)) 중 적어도 하나의 모든 가능한 순열이 개시된 것으로 간주되어야 한다.
A: 섹션
n1, n2, n3: 굴절률
G, H: 경계면
M1, M2, O: 매체, 굴절률이 다른 몸체
I, I1, I2, I3: 방사선 특히 빛의 강도,
x, k: 거리
e: 지수 함수
c: 전반사의 경계각
α, β: 굴절 각도
F: 엠보싱 힘
F': 반력
bp: 엠보싱 롤의 폭
D: 엠보싱 롤의 외경
L: 커플링된 방사선, 특히 빛
d: 엠보싱 롤의 내경
s: 반사면
lk: 광 커플링 표면, 특히 공동
t, t', t", t"': 세그먼트 사이의 파티션
l: 전송 모듈
2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""': 엠보싱 모듈, 특히 엠보싱 롤
2a: 엠보싱 롤의 외부 실린더 쉘 표면
2i: 엠보싱 롤의 내부 기능 쉘 표면
2iK: 원추형으로 형성된 엠보싱 롤의 내부 기능 쉘 표면
2k: 커플링 요소 및 부분 미러링이 있는 커플링 표면(엠보싱 롤의 단부면)
2s: 엠보싱 롤의 단부면(방사선 커플링을 위한)
2sp: 엠보싱 롤의 반사 단부면
3: 지지 모듈
4: 리시버 모듈
5: 지지 쉘
6: 상부 코팅 모듈
7: 하부 코팅 모듈
8: 힘 및 압력 생성 요소, 특히 드라이브, 모터
9: 적어도 하나의 방사선 소스를 가진 방사선 모듈
10: 세척 및/또는 탈 이온화를 위한 가이드 및/또는 프리텐셔닝 및/또는 결합 모듈
11: 폐쇄 루프 제어 및/또는 가이드 모듈
12, 13: 보호 층 및/또는 보호 필름 및/또는 완전한 경화 모듈 및/또는 프리텐셔닝 및/또는 탈 이온화 모듈을 적용하기 위한 모듈
14: 측정 및/또는 개방 루프 및/또는 폐쇄 루프 제어 모듈
15: 임프린팅 시스템
16: 실린더 몸체
16a: 실린더 몸체의 외부 쉘 표면
16k: 실린더 몸체의 쉘 표면, 원추형 설계
16s: 실린더 몸체(16a)의 외부 쉘 표면에서 방사선으로부터의 강제 디커플링을 위한 붕괴 사이트
17: 엠보싱 화합물
18, 18': 커플링용 빔 셰이퍼, 특히 광학 웨지, 렌즈, 프리즘, 미러, 다이어프램

Claims (13)

  1. 마이크로 및/또는 나노 구조물을 엠보싱하기 위한 방법에 있어서,
    - 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')이 커플링된 가교 결합 방사선(L)의 광 가이드로서 기능하는 방법으로 가교 결합 방사선에 대하여 투명한 특히 구조화된 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')에 가교 결합 방사선(L)을 커플링하는 단계,
    - 가교 결합 방사선(L)을 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')로부터 디커플링하는 단계,
    - 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')을 통해 디커플링된 가교 결합 방사선(L) 에 의해 작용된 엠보싱 화합물(17)을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 가교 결합 방사선(L)이 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')의 적어도 하나의 단부면(2k)에 커플링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 전항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전송 모듈(1)이 가교 결합 방사선(L)을 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')에 커플링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 전항중 어느 한 항에 있어서, 가교 결합 방사선(L)은 UV 방사선인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')의 내부에서 가교 결합 방사선(L)의 다중 전반사가 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 전항중 어느 한 항에 있어서, 가교 결합 방사선(L)은 방해된 전반사에 의해 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')을 디커플링하고 동시에 엠보싱 화합물의 경화를 위해 엠보싱 화합물(17)에 커플링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 전항중 어느 한 항에 있어서, 가교 결합 방사선(L)은 산란 사이트(16s)에 의해 디커플링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 엠보싱 화합물(17)이 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')에 의해 형성되고, 가교 결합 방사선(L)에 의한 엠보싱 화합물(17)의 경화는 최소 시간 지연 또는 동시에 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 마이크로 및/또는 나노 구조물을 엠보싱하기 위한 장치(15)에 있어서,
    - 가교 결합 방사선(L)을 전송하는 전송 모듈(1);
    - 가교 결합 방사선에 대하여 투명한 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')을 포함하여 구성되고,
    상기 가교 결합 방사선(L)은 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')에 커플링되어, 상기 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')이 가교 결합 방사선(L)에 대한 광 가이드로서 사용 가능하며, 상기 가교 결합 방사선(L)은 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')로부터 디커플링되고, 상기 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')을 통해 작용하는 엠보싱 화합물(17)은 디커플링된 가교 결합 방사선(L)에 의해 경화될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. .상기 제 1 항에 따른 방법을 위한 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""').
  11. 상기 제 1 항에 따른 방법을 위한 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')의 내부 쉘 표면(2ik)이 원추형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엠보싱 롤.
  12. 상기 제 1 항에 따른 방법을 위한 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')의 단부면들 중 적어도 하나에 방사선을 커플링하기 위한 부분적인 미러링 요소 및/또는 그루브 및/또는 노치가 제공되는 것을 특징으로 하는 엠보싱 롤.
  13. 상기 제 1 항에 따른 방법을 위한 엠보싱 롤(2, 2', 2", 2'", 2"", 2""', 2""", 2"""')의 한 단부면(2s, 2sk)에 가교 결합 방사선(L)이 커플링되고, 대향 단부면(2sp)이 전반사하는 것을 특징으로 하는 엠보싱 롤.
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