KR20070057855A - 다중 분리형 몰드로 미세 구조물을 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 분배 장치를 채용하여 미세 구조형 제품(예컨대, 격벽)을 형성하는 방법이 설명된다.

미세 구조형 제품, 분리형 몰드, 기준부, 경화성 조성물, 경화, 격벽

Description

다중 분리형 몰드로 미세 구조물을 형성하는 방법{METHOD OF FORMING MICROSTRUCTURES WITH MULTIPLE DISCRETE MOLDS}

본 발명은 몰드를 사용하여 기판 상에 미세 구조물을 형성하는 방법 그리고 이들 방법을 사용하여 형성된 제품 및 장치에 관한 것으로, 특히 몰드를 사용하여 기판 상에 세라믹 미세 구조물을 형성하는 방법에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(PDP: plasma display panel) 및 플라즈마 주소 지정 액정(PALC: plasma addressed liquid crystal) 디스플레이의 발전을 포함하는 디스플레이 기술에서의 진보가 유리 기판 상에 전기-절연성 세라믹 격벽을 형성하는 데 있어서 흥미를 유도하였다. 세라믹 격벽은 불활성 가스가 대향 전극들 사이에 인가되는 전기장에 의해 여기될 수 있는 셀을 분리시킨다. 가스 방전은 셀 내에서 자외선(UV: ultraviolet) 복사선을 방출시킨다. PDP의 경우에, 셀의 내부에는 UV 복사선에 의해 여기될 때 적색, 녹색 또는 청색 가시 광선을 발산시키는 인이 코팅된다. 셀의 크기는 디스플레이 내에서의 화상 요소(화소)의 크기를 결정한다. PDP 및 PALC 디스플레이는 예컨대 고선명 텔레비전(HDTV: high definition television)을 위한 디스플레이 또는 다른 디지털 전자 디스플레이 장치로서 사용될 수 있다.

세라믹 격벽이 유리 기판 상에 형성될 수 있는 하나의 방법이 직접 성형(direct molding)에 의한 것이다. 이것은 유리- 또는 세라믹-형성 조성물이 그 사이에 배치된 상태에서 기판 상으로 평면형 강성 몰드를 적층하는 단계를 포함하였다. 유리- 또는 세라믹-형성 조성물은 그 다음에 응고되며, 몰드는 제거된다. 최종적으로, 격벽은 약 550℃ 내지 약 1600℃의 온도에서 소성함으로써 용해 및 소결된다. 유리- 또는 세라믹-형성 조성물은 유기 결합제 내에 분산되는 ㎛-크기 입자의 유리 프릿(glass frit)을 갖는다. 유기 결합제의 사용은 소성이 기판 상의 소정 위치에서 유리 입자를 용해하도록 격벽이 그린 상태(green state)에서 응고되게 한다.

격벽 등의 미세 구조물을 형성하는 다양한 방법이 설명되었지만, 업계가 대체 방법에서 장점을 찾을 것이다.

이제, 미세 구조형 제품을 형성하는 방법이 설명될 것이다. 이 방법은 각각이 미세 구조형 표면 및 대향 표면을 갖고 독립적으로 위치 설정 가능한 적어도 2개의 분리형 몰드를 제공하는 단계와; 패터닝된 기판의 기준부를 위치시키는 단계와; 기준부에 대응하여 각각의 몰드를 위치 설정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 이 방법은 기판에 경화성 조성물을 도포하는 단계 그리고 몰드의 미세 구조형 표면이 경화성 조성물과 접촉하며 기판의 패턴이 몰드의 미세 구조형 표면과 정렬되도록 각각의 위치 설정된 몰드를 분배하는 단계를 채용한다.

또 다른 실시예에서, 이 방법은 몰드를 위치 설정하기 전에 또는 몰드를 위치 설정한 후에 중 어느 한쪽의 경우에 몰드에 경화성 조성물을 충전하는 단계를 채용한다.

이 방법은 선택적으로 경화성 조성물의 비성형 부분을 제거하는 단계를 채용한다. 이 방법은 경화성 조성물을 경화시키는 단계 그리고 몰드를 제거하는 단계를 추가로 채용한다.

미세 구조형 표면은 (예컨대, 플라즈마) 디스플레이 패널을 위한 격벽을 형성하는 데 적절할 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판은 전형적으로 전극 패턴을 갖는 유리 패널이다. 기준부는 유리 기판 상의 전극 또는 기준 마크이다.

드럼 또는 평면형 분배 조립체가 정렬된 몰드를 분배하고 경화성 페이스트와 몰드의 미세 구조형 표면을 접촉시키는 데 채용될 수 있다. 드럼 및 평면형 분배 조립체는 몰드의 대향 표면과 접촉하고 진공에 의해 몰드를 분배할 수 있다. 몰드는 전형적으로 경화 전에 드럼 또는 평면형 분배 조립체로부터 해제된다. 몰드는 5 ㎛ 이하의 위치 설정 오차로 정렬된다. 경화성 조성물은 전형적으로 적어도 2개의 분리형 코팅으로서 기판에 도포된다. 각각의 분리형 코팅은 치수 면에서 단일의 (예컨대, 플라즈마) 디스플레이 패널(예컨대, 1 ㎠ 내지 약 2 ㎡)에 대응할 수 있다.

도1은 설명적 의미의 플라즈마 디스플레이 패널의 개략도이다.

도2a는 분배 드럼을 채용하는 실시된 방법의 부분 평면도이다.

도2b는 분배 드럼을 채용하는 실시된 방법을 측면 사시도이다.

도3a 그리고 도3b 및 도3c는 각각 실시된 위치 설정 장치의 평면도 및 측면도이다.

도4a 내지 도4c는 평면형 분배 조립체를 채용하는 실시된 방법을 도시하는 측면도이다.

본 발명은 몰드를 사용하여 기판 상에 미세 구조물을 형성하는 방법 그리고 이들 방법을 사용하여 형성된 제품 및 장치에 적용 가능하다고 생각된다. 특히, 본 발명은 몰드를 사용하여 기판 상에 세라믹 미세 구조물을 형성하는 것에 관한 것이다. 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이 이들 방법을 사용하여 형성되고 이들 방법의 유용한 실례를 제공할 수 있다. 예컨대 모세관 채널을 갖는 전기 이동 판(electrophoresis plate) 그리고 조명 분야를 포함하는 다른 장치 및 제품이 이들 방법을 사용하여 형성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 특히, 성형된 세라믹 미세 구조물을 이용할 수 있는 장치 및 제품이 여기에 설명된 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명은 이러한 방식으로 제한되지 않지만, 본 발명의 다양한 태양의 이해가 아래에 제공된 예의 논의를 통해 얻어질 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 도1에 도시된 바와 같이 다양한 구성 요소를 갖는다. 관찰자로부터 떨어져 배향된 후방 기판은 독립적으로 주소 지정 가능한 평행 전극(23)을 갖는다. 후방 기판(21)은 다양한 조성물 예컨대 유리로부터 형성될 수 있다. 세라믹 미세 구조물(25)이 후방 기판(21) 상에 형성되고, 세라믹 미세 구조물(25)은 전극(23)들 사이에 위치 설정되는 격벽 부분(32) 그리고 적 색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 인이 피착되는 별개의 영역을 포함한다. 전방 기판은 유리 기판(51) 그리고 한 세트의 독립적으로 주소 지정 가능한 평행 전극(53)을 포함한다. 지지 전극으로서 또한 호칭되는 이들 전방 전극(53)은 주소 전극으로서 또한 호칭되는 후방 전극(23)에 직각으로 배향된다. 완성된 디스플레이에서, 전방 및 후방 기판 요소들 사이의 영역에는 불활성 가스가 충전된다. 화소를 밝히기 위해, 전기장이 교차된 지지 및 주소 전극(53, 23)들 사이의 불활성 가스 원자를 여기시킬 정도로 충분한 강도로 그 사이에 인가된다. 여기된 불활성 가스 원자는 인이 적색, 녹색 또는 청색 가시 광선을 방출하게 하는 자외선(UV) 복사선을 방출시킨다.

후방 기판(21)은 바람직하게는 투과성 유리 기판이다. 전형적으로, PDP 분야에 대해, 후방 기판(21)은 선택적으로 실질적으로 알칼리 금속이 없는 소다 석회 유리로 제조된다. 가공 동안에 도달한 온도는 기판 내에서의 알칼리 금속의 존재 하에서 전극 재료의 이동을 유발시킬 수 있다. 이러한 이동은 전극들 사이에 전도성 경로를 초래할 수 있고, 그에 의해 인접한 전극들을 단락시키거나 "누화(crosstalk)"로서 알려져 있는 전극들 사이에서의 바람직하지 않은 전기적 간섭을 유발시킨다. 전방 기판(51)은 전형적으로 바람직하게는 후방 기판(21)과 동일하거나 대략 동일한 열 팽창 계수를 갖는 투과성 유리 기판이다.

전극(23, 53)은 전도성 재료의 스트립이다. 전극(23)은 예컨대 구리, 알루미늄 또는 은-함유 전도성 프릿 등의 전도성 재료로 형성된다. 전극은 또한 특히 투과성 디스플레이 패널을 갖는 것이 바람직한 경우에 인듐 주석 산화물 등의 투과 성 전도성 재료일 수 있다. 전극은 후방 기판(21) 및 전방 기판(51) 상에 패터닝된다. 예컨대, 전극은 약 120 ㎛ 내지 350 ㎛만큼 이격되고 약 50 ㎛ 내지 75 ㎛의 폭, 약 2 ㎛ 내지 15 ㎛의 두께 그리고 몇 ㎝ 내지 수 십 ㎝의 범위 내에 있을 수 있는 전체의 능동 디스플레이 영역에 걸쳐 있는 길이를 갖는 평행 스트립으로서 형성될 수 있다. 일부의 경우에, 전극(23, 53)의 폭은 미세 구조물(25)의 구성에 따라 50 ㎛ 미만 또는 75 ㎛ 초과일 수 있다.

PDP 내에서의 미세 구조형 격벽 부분(32)의 높이, 피치 및 폭은 요망된 최종 제품에 따라 변할 수 있다. 격벽의 피치(단위 길이 당 개수)는 바람직하게는 전극의 피치에 맞춰진다. 격벽의 높이는 대체로 적어도 100 ㎛ 그리고 전형적으로 적어도 150 ㎛이다. 나아가, 높이는 전형적으로 500 ㎛ 이하 그리고 전형적으로 300 ㎛ 미만이다. 격벽 패턴의 피치는 폭 방향에 비해 길이 방향으로 상이할 수 있다. 피치는 대체로 적어도 100 ㎛ 그리고 전형적으로 적어도 200 ㎛이다. 피치는 전형적으로 600 ㎛ 이하 그리고 전형적으로 400 ㎛ 미만이다. 격벽 패턴의 폭은 특히 이처럼 형성된 격벽이 테이퍼형일 때 상부 표면과 하부 표면 사이에서 상이할 수 있다. 폭은 대체로 적어도 10 ㎛ 그리고 전형적으로 적어도 50 ㎛이다. 나아가, 폭은 대체로 100 ㎛ 이하 그리고 전형적으로 80 ㎛ 미만이다.

기판 상에 (PDP를 위한 격벽 등의) 미세 구조물을 형성하기 위해 본 발명의 방법을 사용할 때, 미세 구조물이 형성되는 코팅 재료는 바람직하게는 적어도 3개의 성분의 혼합물을 함유하는 슬러리 또는 페이스트이다. 제1 성분은 입자상 무기 재료(전형적으로, 세라믹 분말)를 형성하는 유리 또는 세라믹이다. 일반적으로, 슬러리 또는 페이스트의 무기 재료는 최종적으로 패터닝된 기판에 부착되는 요망된 물리적 성질을 갖는 미세 구조물을 형성하기 위해 소성에 의해 용해 또는 소결된다. 제2 성분은 성형되고 후속적으로 경화 또는 냉각에 의해 경화 처리될 수 있는 결합제[예컨대, 이탈성 결합제(fugitive binder)]이다. 결합제는 슬러리 또는 페이스트가 기판에 부착되는 반-강성 그린 상태의 미세 구조물로 성형되게 한다. 제3 성분은 결합제 재료의 정렬 및 경화 처리 후의 몰드로부터의 해제를 촉진할 수 있고, 미세 구조물의 세라믹 재료를 소성하기 전의 탈지(debinding) 동안에 결합제의 신속 및 완전한 연소를 촉진할 수 있는 희석액이다. 희석액은 바람직하게는 희석액이 결합제 경화 처리 동안에 결합제로부터 상-분리되도록 결합제가 경화 처리된 후에 액체로 남는다.

경화성 페이스트 조성물 내에서의 경화성 유기 결합제의 양은 전형적으로 적어도 2 중량%, 더 전형적으로 적어도 5 중량% 그리고 더 전형적으로 적어도 10 중량%이다. 격벽 전구체 조성물 내에서의 희석액의 양은 전형적으로 적어도 2 중량%, 더 전형적으로 적어도 5 중량% 그리고 더 전형적으로 적어도 10 중량%이다. 유기 성분의 총량은 전형적으로 적어도 10 중량%, 적어도 15 중량% 또는 적어도 20 중량%이다. 나아가, 유기 화합물의 총량은 전형적으로 50 중량% 이하이다. 무기 입자상 재료의 양은 전형적으로 적어도 40 중량%, 적어도 50 중량% 또는 적어도 60 중량%이다. 무기 입자상 재료의 양은 95 중량% 이하이다. 첨가제의 양은 대체로 10 중량% 미만이다.

분배 장치가 위치 설정된 몰드를 분배하는 데 채용될 수 있다. 일부의 실시 예에서, 몰드의 미세 구조형 표면이 패터닝된 기판 상에 배치된 경화성 조성물과 접촉하도록 미충전된 몰드가 분배된다. 다른 실시예에서, 몰드의 미세 구조형 표면이 패터닝된 기판과 접촉하도록 충전된 몰드가 분배된다. 드럼 및 평면형 분배 조립체 등의 다양한 수단이 몰드를 분배하는 데 채용될 수 있다.

유리 패널과 몰드의 정렬은 바람직하게는 유리 패널 상에 기준부를 위치시킴으로써, 몰드 상에 기준부를 위치시킴으로써 또는 이들의 조합에 의해 그리고 몰드의 미세 구조형 표면과 슬러리의 패치 또는 유리 기판을 접촉시키기 전에 기준부에 대응하여 각각의 몰드를 위치 설정함으로써 성취된다. 기준부는 전형적으로 시각 시스템(예컨대, CCD 카메라) 또는 레이저 센서 시스템 등의 비-접촉식 시스템으로 위치된다.

도2a 및 도2b를 참조하면, 적절한 분배 장치는 0.1 ㎜의 구멍이 전체의 표면을 횡단하여 5 ㎜의 간격으로 있는 상태에서 예컨대 0.40 m의 직경, 2.30 m의 길이 그리고 6 ㎜의 두께의 알루미늄의 상부 층을 갖는 원통형 드럼(210)을 포함한다. 내부 배플이 진공 플리넘에 노출되는 표면의 연속 영역의 반경 방향 크기를 제어한다. 2개의 입력 샤프트가 노출된 영역의 각도를 제어하도록 배플을 조작한다. 드럼은 2개의 회전형 공기 베어링 내에 장착되고 정밀 사인-인코더(하이덴하인 ERO725 등의 측정 단계<0.001˚) 피드백을 갖는 서보모터에 의해 구동될 수 있고, 그에 의해 정밀 회전형 축 시스템(220)을 구성한다. 회전형 축 시스템은 정밀 선형 축 시스템 상의 프레임 내에 장착될 수 있다. 선형 축 시스템은 드럼의 양쪽 단부 상에서 2개의 선형 공기 베어링(230)에 의해 지지될 수 있는데, 하나는 단일 의 수평 축에 대한 운동을 억제하며, 다른 하나는 수직 평면에 대한 운동을 억제한다. 2개의 선형 모터(도시되지 않음)가 선형 축(240)을 한정하는 베어링 시스템을 따라 프레임을 구동시킨다. 정밀 사인-인코더 피드백(하이덴하인 LIF181 등의 ±3 ㎛)이 각각의 선형 모터의 위치를 제어하는 데 사용된다. 선형 모터들 사이의 오프셋은 회전 축이 그 이동 방향에 직각이 되도록 조정될 수 있다. 회전형 및 선형 축은 예컨대 프로그래밍 가능한 다중-축 제어기(Programmable Multi-Axis Controller)(델타 타우에 의한 터보 PMACII 등)에 의해 제어될 수 있다. 적절한 시스템은 드럼 상의 임의의 지점이 ±5 ㎛의 정확도로 평면 내의 소정 지점 위에 위치 설정되게 한다. 이러한 위치 설정 오차는 운동의 제어 축(즉, 선형 및 회전형) 그리고 기계적으로 억제된 교차 드럼 축(212)의 조합이다. 드럼 표면의 수직 높이는 또한 전형적으로 예컨대 ±10 ㎛까지 기계적으로 억제된다. 이러한 정밀 위치 설정 시스템의 구성은 도버 인스트루먼트 코포레이션 등의 다양한 제조 회사의 능력 내에 있다.

적절한 몰드 적재 영역(250)이 분배 드럼의 작업 영역 내에 제공된다. 몰드 적재 영역은 ±5 ㎛ 내에서 분배 드럼의 선형 축에 정렬되는 예컨대 화강암으로 제조된 평탄 표면(255)(예컨대, 1.25 m×2.30 m)으로 구성될 수 있다. 몰드 적재 영역은 선택적으로 자동화 시스템에 의한 몰드의 제공을 포함할 수 있다. 몰드 적재 영역은 비성형 슬러리를 포획하는 수단과 선택적으로 커플링되는 사용이 만료된 몰드 툴의 폐기를 위한 영역을 또한 포함한다.

시각 시스템(258)과 일체화되는 정밀 스카라 스타일 로봇 파지 및 위치 시스 템(엡손 로보틱스 E2C25 또는 이와 유사한 것 등)이 적재 영역(도시되지 않음) 내에서 몰드 툴을 조작하기 위해 어떤 범위의 운동 그리고 통상의 진공 파지기를 갖는다. 시각 피드백 시스템은 적재 영역 상에서의 몰드의 위치에 대한 정밀한(±2 ㎛) 피드백을 가능케 한다. 이러한 시각 시스템은 전형적으로 유리 기판 상에서의 기준부의 위치를 정밀하게(±2 ㎛) 식별할 수 있는 적층 영역 내의 제2 시각 시스템(280)과 컴퓨터에 의해 일체화된다.

적절한 적층 영역(260)이 분배 롤 시스템의 작업 영역 내에 제공된다. 적층 영역은 또한 ±5 ㎛ 내에서 분배 드럼의 선형 축에 정렬되는 예컨대 화강암으로 제조된 평탄 표면(265)(예컨대, 1.25 m×2.30 m)으로 구성될 수 있다.

슬러리를 경화시키기 위한 적절한 파장의 한 줄의 경화 조명(270)이 적층 표면 위에 현수될 수 있고, 한 줄의 경화 조명(270)은 롤 및 시각 시스템을 투과하기 위해 [예컨대 위치(272)까지] 상승되고 평탄 표면 위치와 근접한 상태로 [예컨대, 위치(274)까지] 하강될 수 있도록 이동 가능하다.

사용 동안에, 부품 취급 시스템이 적층 영역의 평탄 표면 상으로 유리 기판(290)을 이동시킨다. 유리 기판은 위로 향하는 2개 이상의 전극 패턴을 가지며, 전극 패턴의 개수는 분배될 몰드의 개수에 대응한다. 슬러리의 패치가 각각의 전극 패턴의 상부 상에 코팅된다. 시각 시스템(280)은 (예컨대, 슬러리 코팅 영역의 외부측에 위치되는) 각각의 전극 패턴의 기준부를 위치시키며, 정밀 로봇 시스템은 몰드가 유리 기판 상의 대응 세트의 기준부와 정렬되도록 (패턴이 아래로 향한 상태에서) 적재 영역 내에 각각의 몰드(292)를 위치 설정한다. 분배 드럼(210)은 적 재 영역(250)을 횡단하여 전진한다. 배플은 진공이 평탄 표면에 접하는 영역 내에서 가동되도록 그리고 분배 드럼(210)이 적재 표면(255)을 횡단하여 굴러간 후에 조작된다. 몰드의 대향 표면은 진공에 의해 분배 드럼의 표면에 유지된다. 전극 영역에 도달하기 전에, 전체의 드럼은 드럼이 적층 영역에서 유리 패널과 정렬되는 것을 보증하기 위해 시각 시스템 피드백에 대응하여 그 위치를 조정할 수 있다. 분배 드럼은 그 다음에 적층 영역을 횡단하여 굴러가고 그에 의해 유리 기판 상의 슬러리의 영역 내로 몰드의 미세 구조형 표면을 접촉시킨다. 유리 패널의 각각의 전극 패턴에 대한 각각의 몰드의 독립적인 위치 설정으로 인해, 몰드로부터 형성된 격벽은 유리 기판 상에서의 각각의 전극 패턴의 실제의 위치와 정렬된다. 드럼 내의 배플은 진공 영역이 감소되도록 조작되고; 그에 의해 드럼이 평탄 표면에 접하는 위치에 롤러가 도달할 때 진공을 차단시킨다. 이러한 방식으로, 몰드는 슬러리와 접촉된 직후에 해제될 수 있다. 분배 드럼은 경화 조명이 하강되고 몰드 툴 아래의 슬러리의 패치를 경화시키는 데 사용될 수 있도록 적층 영역을 지나 전진할 수 있다.

분배 드럼은 그 다음에 적층 영역을 횡단하여 뒤로(역방향으로) 이동한다. 배플은 드럼이 몰드와 접촉할 때 진공이 온 상태로 전환되도록 조작된다. 몰드는 드럼 상으로 유지되는 초기의 표면적 따라서 경화된 슬러리로부터의 몰드의 해제를 개시시키기 위해 가해질 수 있는 힘의 크기를 증가시키기 위해 분배 드럼으로 진공에 의해 견인될 수 있는 연장된 플랩(flap)을 가질 수 있다.

분배 드럼은 다시 적재 영역 내에서 그 최초의 정렬로 복귀하기 위해 그 위 치를 조정할 수 있다. 분배 드럼은 적재 영역을 횡단하여 굴러간다. 배플은 진공 영역이 감소되도록 조작되고; 그에 의해 드럼이 평탄 표면에 접하는 위치에서 진공을 차단시킨다. 이러한 방식으로, 몰드는 적재 영역을 횡단하여 굴러가면서 해제된다. 몰드 툴은 선택적으로 몰드가 재사용에 적절한지를 결정하기 위해 시각 시스템 등으로 검사될 수 있다. 로봇 시스템이 필요하다면 래크로부터의 새로운 몰드로 몰드를 교체할 수 있다. 몰드의 검사 및 선택적 교체는 다음의 유리 패널 기판이 부품 취급 시스템에 의해 적층 영역으로 이동되면서 동시에 일어날 수 있다.

도3a 내지 도3c를 참조하면, 대체의 몰드 적재 영역은 몰드 툴을 지지하는 다수개(예컨대, 2개 내지 4개 이상)의 개별의 평탄 비-점착성 가동 표면(300)으로 구성될 수 있다. 각각의 영역이 X, Y 및 θ 방향으로 독립적으로 이동하게 하는 역학 시스템이 채용될 수 있다. 이 시스템은 X 및 Y 방향으로 ±100 ㎛만큼 그리고 θ 방향으로 ±20˚만큼 각각의 영역을 독립적으로 이동시킬 수 있는 작동기를 포함한다. 제어 시스템이 몰드 툴의 (예컨대, 모든 표면 상의) 기준부를 위치시키고 ±2 ㎛의 정확도로 그 평면형 운동(X, Y, θ)을 제어할 수 있는 시각 피드백 시스템(258)과 일체화된다. 이것은 예컨대 (수직 축에서 강성으로 남아 있는 상태에서) 3의 자유도를 가능케 하도록 만곡부가 절단된 상태에서의 단일의 평탄 금속 판으로 성취될 수 있다. 3개의 작은 작동기가 만곡부 상에서 가압할 수 있다. 대체예에서, 독립형 공기 베어링 시스템(320)을 갖는 단일의 평탄 표면(310)이 표면(330)을 지지할 수 있다. 3개의 작동기(340)가 그 위치를 제어하기 위해 커플링(350)에 의해 각각의 구조물 상에서 가압한다. 복수개의 가동 표면(300)이 선택 적으로 적재 영역에서 평탄 표면(255)을 교체하는 데 채용될 수 있다. 추가로, 로봇 시스템에 대해 요구되는 정확도는 감소될 수 있다.

도4a 내지 도4c를 참조하면, 적절한 평면형 분배 조립체(400)는 제1 진공 입력부(425)를 통해 제1 진공 소스에 의해 진공화될 수 있는 진공 플리넘(420)에 연결되는 (예컨대, 100 ㎛의 직경의) 구멍을 갖는 평탄 표면(410)을 포함할 수 있다. 평탄 표면 및 진공 플리넘은 평탄 표면이 접촉하는 임의의 다른 표면과 자체로 정렬될 수 있도록 인터페이스(430)에서 작은 범위에 걸쳐 자유롭게 부동된다. 평탄형 분배 조립체는 그 상부 주변부(440) 주위의 가요성 개스킷 그리고 제2 진공 입력부(445)를 통해 제2 진공 소스에 의해 이송되는 외부 영역 내의 한 세트의 진공 구멍을 또한 포함한다. 평면형 분배 조립체는 조인트(450)를 채용하여 적재 영역으로부터 적층 영역으로의 180˚의 이동을 통해 평면형 분배 조립체를 매끄럽게 회전시키는 구동 기구를 포함한다. 끼움부가 제1 및 제2 진공 입력 위치의 양쪽 모두에 부착된다. 추가의 밸브가 독립적으로 양쪽 모두의 입력부로 압축 공기가 교대로 유입되게 한다.

사용 동안에, 로봇 부품 취급 시스템이 적층 표면(460) 상으로 전극 영역을 갖는 유리 기판을 분배하며 이 때 전극은 위로 향한 상태에 있다. 슬러리의 패치(462)가 유리 기판의 전극 영역 상으로 사전에 코팅되었다. 시각 시스템이 평면형 분배 조립체의 주지된 작업 영역에 대해 슬러리가 덮인 전극 영역을 배향시키기 위해 로봇의 운동을 안내한다.

시각 피드백 안내식 로봇 시스템이 적재 영역에서 평면형 분배 조립체의 평 탄 표면 상에서 미세 구조형 측면이 위로 향한 상태로 몰드 시트(470)를 조작한다. 몰드는 슬러리의 패치가 전극을 덮은 상태에서 적층 표면 상에 놓여 있는 유리 기판 상의 전극 영역의 위치에 맞도록 서로에 대해 위치된다. 몰드 시트는 시각 안내식 로봇 시스템에 의해 근사한 위치에 사전에 위치되었다.

평면형 분배 조립체가 적층 영역 내로 회전하는 동안에 소정 위치에 몰드 시트를 유지하기 위해 진공이 평면형 분배 조립체의 제1 진공 입력부를 통해 평탄 표면에 가해진다. 평면형 분배 조립체가 적층 표면에 도달한 때, 가요성 개스킷은 도4b에 도시된 바와 같이 유리 기판 주위에서 변형하고 밀봉부를 형성한다. 이러한 시점에서, 제2 진공 소스는 유리 기판 위로부터 공기를 제거하기 위해 작동된다. 평면형 분배 조립체의 회전은 이러한 위치에서 잠시 정지된다.

평면형 분배 조립체는 그 다음에 최종의 짧은 거리만큼 서서히 이동하고 그에 의해 유리 기판의 상부 상에서 슬러리 내로 몰드 시트를 가압한다. 평면형 분배 조립체의 표면은 유리 기판의 평면과 자체로 정렬되도록 자유롭게 피벗하고, 도4c에 도시된 바와 같이 모든 몰드 시트를 균등하게 가압한다. 진공 소스의 양쪽 모두는 저압 압축 공기(20 내지 30 psi)로 교체되고 그에 의해 몰드 툴 및 평면형 분배 조립체를 해제시킨다. 평면형 분배 조립체는 그 다음에 적재 영역으로 다시 회전한다. 한 줄의 경화 조명이 그 다음에 몰드 시트 바로 위의 위치로 이동되며, 슬러리는 경화된다.

시각 피드백 안내식 로봇 시스템이 그 다음에 1개의 몰드 시트의 1개의 모서리 상에서 미세 구조가 없는 몰드 시트의 플랩을 기계적으로 파지하고, 경화된 슬 러리로부터 플랩을 박리시킨다. 시각 피드백 안내식 로봇 시스템은 그 다음에 평면형 분배 조립체 상에 미세 구조가 없는 측면이 위로 향한 상태로 몰드 시트를 위치시킨다. 이러한 몰드 제거 공정은 각각의 몰드에 대해 반복된다. 로봇 부품 취급 시스템이 그 다음에 추가의 가공을 위해 코팅된 유리 기판을 제거한다.

대체예에서, 코팅 시스템이 도4a의 구성에서 유리 패널 상으로 코팅하는 대신에 몰드 시트의 리세스에 슬러리의 패치를 충전하는 데 사용될 수 있다. 코팅 시스템은 이동 다이 헤드, 펌프 그리고 이들 2개 사이의 가요성 배관부를 포함할 수 있다. 코팅 시스템은 몰드 시트의 위치에 정확한 양의 슬러리를 충전하기 위한 그 정보를 얻기 위해 시각 피드백 시스템을 채용할 수 있다.

대체예에서, 유리 패널은 평탄 표면(410) 상으로 위치될 수 있으며, 몰드 시트는 평탄 표면(460) 상에 배열될 수 있다. 시각 시스템이 다시 유리 패널 상의 기준부에 대해 몰드 시트를 위치시키는 데 사용될 것이다.

무기 재료는 미세 구조물의 최종 분야 그리고 미세 구조물이 부착될 기판의 성질을 기초로 하여 선택된다. 하나의 고려 사항이 기판 재료의 열 팽창 계수(CTE: coefficient of thermal expansion)이다. 바람직하게는, 슬러리의 세라믹 재료의 CTE는 소성될 때 약 10% 이하만큼 기판 재료의 CTE와 상이하다. 기판 재료가 미세 구조물의 세라믹 재료의 CTE보다 훨씬 작거나 그보다 훨씬 큰 CTE를 가질 때, 미세 구조물은 가공 또는 사용 동안에 기판을 휘게 하거나, 균열시키거나, 파괴시키거나, 위치 이동시키거나, 완전히 절단시킬 수 있다. 나아가, 기판은 기판과 미세 구조물 사이에서의 높은 차이의 CTE로 인해 휠 수 있다.

기판은 전형적으로 슬러리 또는 페이스트의 무기 재료를 가공하는 데 필요한 온도를 견딜 수 있다. 슬러리 또는 페이스트에서의 사용에 적절한 유리 또는 세라믹 재료는 바람직하게는 약 600℃ 이하 그리고 대개 약 400℃ 내지 600℃의 범위 내의 연화 온도를 갖는다. 이와 같이, 기판에 대한 양호한 선택이 유리, 세라믹, 금속, 또는 슬러리의 무기 재료보다 높은 연화 온도를 갖는 다른 강성 재료이다. 바람직하게는, 기판은 미세 구조물이 소성되어야 하는 온도보다 높은 연화 온도를 갖는다. 재료가 소성되지 않을 것이면, 기판은 또한 플라스틱 등의 재료로 제조될 수 있다. 슬러리 또는 페이스트에서의 사용에 적절한 무기 재료는 바람직하게는 약 5×10^-6/℃ 내지 13×10^-6/℃의 열 팽창 계수를 갖는다. 이와 같이, 기판은 또한 바람직하게는 대략 이러한 범위 내의 CTE를 갖는다.

낮은 연화 온도를 갖는 무기 재료를 선택하는 것이 비교적 낮은 연화 온도를 또한 갖는 기판의 사용을 가능케 한다. 유리 기판의 경우에, 낮은 연화 온도를 갖는 소다 석회 플로트 유리가 전형적으로 더 높은 연화 온도를 갖는 유리보다 덜 비싸다. 이와 같이, 낮은 연화 온도의 무기 재료의 사용은 덜 비싼 유리 기판의 사용을 가능케 한다. 더 낮은 온도에서 그린 상태의 격벽을 소성할 수 있는 능력은 열 팽창 그리고 가열 동안에 요구되는 응력 완화의 양을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 과도한 기판 비틀림, 격벽 휨 그리고 격벽 박리를 피한다.

더 낮은 연화 온도의 세라믹 재료가 어떤 양의 알칼리 금속, 납 또는 비스무트를 재료 내로 합체함으로써 얻어질 수 있다. 그러나, PDP 격벽에 대해, 미세 구 조형 격벽 내에서의 알칼리 금속의 존재는 전극으로부터의 재료가 상승된 온도 가공 동안에 기판을 횡단하여 이동하게 할 수 있다. 전극 재료의 확산은 인접한 전극들 사이에서의 단락뿐만 아니라 또한 간섭 또는 "누화"를 유발시킬 수 있고, 그에 의해 장치 성능을 저하시킨다. 이와 같이, PDP 분야에 대해, 슬러리의 무기 분말에는 바람직하게는 알칼리 금속이 실질적으로 없다. 납 또는 비스무트의 합체가 채용될 때, 낮은 연화 온도의 세라믹 재료가 인 또는 B₂O₃-함유 조성물을 사용하여 얻어질 수 있다. 하나의 이러한 조성물은 ZnO 및 B₂O₃을 포함한다. 또 다른 이러한 조성물은 BaO 및 B₂O₃을 포함한다. 또 다른 이러한 조성물은 ZnO, BaO 및 B₂O₃을 포함한다. 또 다른 이러한 조성물은 La₂O₃ 및 B₂O₃을 포함한다. 또 다른 이러한 조성물은 Al₂O₃, ZnO 및 P₂O₅를 포함한다.

다른 완전 용해성, 불용성 또는 부분 용해성 성분이 다양한 성질을 달성 또는 개질하기 위해 슬러리의 무기 재료 내로 합체될 수 있다. 예컨대, Al₂O₃ 또는 La₂O₃은 조성물의 화학적 내구성을 증가시키고 부식성을 감소시키기 위해 첨가될 수 있다. MgO는 유리 전이 온도를 증가시키거나 조성물의 CTE를 증가시키기 위해 첨가될 수 있다. TiO₂는 세라믹 재료에 더 높은 정도의 광학 불투과도, 백색도(whiteness) 및 반사도를 제공하기 위해 첨가될 수 있다. 다른 성분 또는 금속 산화물이 CTE, 연화 온도, 광학적 성질, 취성 등의 물리적 성질 등의 무기 재료의 다른 성질을 개질 또는 조정하기 위해 첨가될 수 있다.

비교적 저온에서 소성될 수 있는 조성물을 준비하는 다른 수단은 조성물 내의 코어 입자에 저온 용해 재료의 층을 코팅하는 것을 포함한다. 적절한 코어 입자의 예는 ZrO₂, Al₂O₃, ZrO₂-SiO₂ 및 TiO₂를 포함한다. 적절한 저온 용해 코팅 재료의 예는 B₂O₃, P₂O₅ 그리고 B₂O₃, P₂O₅ 및 SiO₂ 중 1개 이상을 기초로 한 유리를 포함한다. 이들 코팅은 다양한 방법에 의해 도포될 수 있다. 코어 입자가 코팅 재료의 습윤된 화학 전구체 내에 분산되는 졸-겔 공정이 양호한 방법이다. 혼합물은 그 다음에 (필요하다면) 코팅된 입자를 분리시키기 위해 건조 및 분쇄된다. 이들 입자는 슬러리 또는 페이스트의 유리 또는 세라믹 분말 내에 분산될 수 있거나, 슬러리 또는 페이스트의 유리 분말을 위해 단독으로 사용될 수 있다.

슬러리 또는 페이스트 내의 무기 재료는 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트 전체를 통해 분산되는 입자의 형태로 제공된다. 입자의 양호한 크기는 패터닝된 기판 상에 형성 및 정렬될 미세 구조물의 크기에 의존한다. 바람직하게는, 슬러리 또는 페이스트의 무기 재료 내에서의 입자의 평균 크기 또는 직경은 형성 및 정렬될 미세 구조물의 중요한 최소 특성 치수의 크기의 약 10% 내지 15% 이하이다. 예컨대, PDP 격벽은 약 20 ㎛의 폭을 가질 수 있으며, 그 폭은 중요한 최소 특징부 치수이다. 이러한 크기의 PDP 격벽에 대해, 무기 재료 내에서의 평균 입자 크기는 바람직하게는 약 2 또는 3 ㎛ 이하이다. 이러한 크기 이하의 입자를 사용함으로써, 미세 구조가 요망된 충실도로 복제될 가능성 그리고 무기 미세 구조물의 표면이 비교적 매끄러울 가능성이 높다. 평균 입자 크기가 미세 구조물의 크기에 접근 함에 따라, 입자를 함유한 슬러리 또는 페이스트는 미세 구조형 프로파일을 더 이상 따르지 않을 수 있다. 추가로, 최대 표면 거칠기는 부분적으로 무기 입자 크기를 기초로 하여 변할 수 있다. 이와 같이, 더 작은 입자를 사용하여 더 매끄러운 구조물을 형성하기 더 용이하다.

슬러리 또는 페이스트의 결합제는 슬러리 또는 페이스트의 무기 재료에 결합될 수 있는 능력, 성형된 미세 구조물을 보유하기 위해 경화 또는 그렇지 않으면 경화 처리될 수 있는 능력, 패터닝된 기판에 부착될 수 있는 능력 그리고 그린 상태의 미세 구조물을 소성하는 데 사용된 것보다 적어도 약간 낮은 온도에서 휘발(또는 연소)될 수 있는 능력 등의 인자를 기초로 하여 선택되는 유기 결합제이다. 결합제는 강성 그린 상태의 미세 구조물이 패터닝된 기판에 부착되고 그와 정렬된 상태로 남게 하기 위기 위해 몰드가 제거될 수 있도록 결합제가 경화 또는 경화 처리될 때 무기 재료의 입자를 서로 결합시키는 것을 돕는다. 결합제는 "이탈성 결합제"로서 호칭될 수 있는데 이것은 요망된다면 결합제 재료가 미세 구조물 내의 세라믹 재료를 용해 또는 소결하기 전에 상승된 온도에서 미세 구조물로부터 연소될 수 있기 때문이다. 바람직하게는, 소성이 이탈성 결합제를 실질적으로 완전 연소시키며 그 결과 기판의 패터닝된 표면 상에 남겨진 미세 구조물은 탄소 잔류물이 실질적으로 없는 용해된 유리 또는 세라믹 미세 구조물이다. PDP에서와 같이 사용된 미세 구조물이 유전체 격벽인 분야에서, 결합제는 바람직하게는 미세 구조형 격벽의 유전체 성질을 저하시킬 수 있는 상당한 양의 탄소를 남기지 않고 소성을 위해 요망된 온도보다 적어도 약간 낮은 온도에서 탈지될 수 있는 재료이다. 예컨 대, 페놀 수지 재료 등의 상당한 비율의 방향족 탄화수소를 함유한 결합제 재료가 완전히 제거하기 위해 상당히 더 높은 온도를 요구할 수 있는 탈지 동안에 그래파이트 탄소 입자를 남길 수 있다.

결합제는 바람직하게는 복사선 또는 열 경화성인 유기 재료이다. 양호한 종류의 재료는 아크릴레이트 및 에폭시를 포함한다. 대체예에서, 결합제는 몰드에 따르기 위해 액체 상태로 가열되고 그 다음에 기판에 부착되는 미세 구조물을 형성하기 위해 경화 처리된 상태까지 냉각되는 열가소성 재료일 수 있다. 기판 상에서의 미세 구조물의 정밀한 배치 및 정렬이 요망될 때, 결합제는 등온 조건 하에서 경화 처리될 수 있도록 복사선 경화성인 것이 바람직하다. 등온 조건(온도의 변화가 없음) 하에서, 몰드 따라서 몰드 내의 슬러리 또는 페이스트는 결합제 재료의 경화 처리 동안에 기판의 패턴에 대해 고정된 위치에 유지될 수 있다. 이것은 특별히 몰드 및 기판의 차별적인 열 팽창 특성으로 인해 몰드 또는 기판의 위치 이동 또는 팽창의 위험성을 감소시키며, 그 결과 슬러리 또는 페이스트가 경화 처리되면서 몰드의 정밀한 배치 및 정렬이 유지될 수 있다.

복사선 경화성인 결합제를 사용할 때, 슬러리 또는 페이스트가 기판을 통한 노출에 의해 경화될 수 있도록 기판이 실질적으로 투과성인 복사선에 의해 활성화되는 경화 개시제를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 기판이 유리일 때, 결합제는 바람직하게는 가시 광선 경화성이다. 기판을 통해 결합제를 경화시킴으로써, 슬러리 또는 페이스트는 우선 기판에 부착되며, 경화 동안의 결합제 재료의 임의의 수축이 몰드로부터 떨어져 그리고 기판의 표면을 향해 일어나는 경향이 있을 것이 다. 이것은 미세 구조물 탈형(demold)을 돕고, 기판의 패턴에 대한 미세 구조물 배치의 위치 및 정확도를 유지하는 것을 돕는다.

추가로, 경화 개시제의 선택은 어떤 재료가 슬러리 또는 페이스트의 무기 재료에 대해 사용되는지에 의존할 수 있다. 예컨대, 불투과성이고 확산 반사성인 세라믹 미세 구조물을 형성하는 것이 바람직한 분야에서, 슬러리 또는 페이스트의 세라믹 재료 내에 어떤 양의 티타니아(TiO₂)를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 티타니아가 미세 구조물의 반사도를 증가시키는 데 유용할 수 있지만, 티타니아는 또한 가시 광선으로의 경화를 어려워지게 할 수 있는데 이것은 슬러리 또는 페이스트 내의 티타니아에 의한 가시 광선 반사가 결합제를 효과적으로 경화시키기 위한 경화 개시제에 의한 광의 충분한 흡수를 방해할 수 있기 때문이다. 그러나, 기판 및 티타니아 입자를 통해 동시에 전파될 수 있는 복사선에 의해 활성화되는 경화 개시제를 선택함으로써, 결합제의 효과적인 경화가 일어날 수 있다. 이러한 경화 개시제의 하나의 예가 상표 지정명 "이르가큐어^TM 819" 하에서 미국 뉴욕주 호돈에 소재한 시바 스페셜티 케미컬즈로부터 상업적으로 이용 가능한 광개시제인 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드이다. 또 다른 예가 예컨대 에틸 디메틸아미노벤조에이트, 캠포로퀴논 및 디페닐 아이오도늄 헥사플루오로포스페이트의 혼합물을 포함하는 미국 특허 제5,545,670호에 기재된 바와 같은 3원 광개시제 시스템이다. 복사선이 유리 기판 그리고 슬러리 또는 페이스트 내의 티타니아 입자의 양쪽 모두를 통과할 수 있는 비교적 좁은 영역 내의 자외선의 모서리에 근접한 가시 광선 스 펙트럼의 청색 영역 내에서 이들 예의 양쪽 모두가 유효하다. 다른 경화 시스템이 예컨대 결합제, 슬러리 또는 페이스트 내의 무기 재료의 성분, 그리고 그를 통해 경화가 일어나야 하는 몰드 또는 기판의 재료를 기초로 하여 본 발명의 공정에서의 사용을 위해 선택될 수 있다.

슬러리 또는 페이스트의 희석액은 일반적으로 예컨대 이탈성 결합제를 경화시키는 단계 후의 슬러리의 몰드 해제 성질을 향상시킬 수 있는 능력 그리고 슬러리 또는 페이스트를 사용하여 형성되는 그린 상태의 구조물의 탈지 성질을 향상시킬 수 있는 능력 등의 인자를 기초로 하여 선택되는 재료이다. 희석액은 바람직하게는 경화 전에 결합제 내에 용해 가능하고 결합제를 경화시킨 후에 액체로 남는 재료이다. 결합제가 경화 처리될 때 액체로 남음으로써, 희석액은 경화된 결합제 재료가 몰드에 부착될 위험성을 감소시킨다. 나아가, 결합제가 경화 처리될 때 액체로 남음으로써, 희석액은 결합제 재료로부터 상 분리되고, 그에 의해 경화된 결합제 매트릭스 전체를 통해 분산되는 희석액의 작은 포켓 또는 액적의 상호 침투 네트워크를 형성한다.

PDP 격벽 등의 많은 분야에 대해, 그린 상태의 미세 구조물의 탈지가 소성 전에 실질적으로 완료되는 것이 바람직하다. 추가로, 탈지는 종종 열 가공에서 최장 및 최고 온도 단계이다. 이와 같이, 슬러리 또는 페이스트가 비교적 신속하게 및 완전하게 그리고 비교적 저온에서 탈지될 수 있는 것이 바람직하다.

어떤 이론에 의해 경계를 만들고 싶지는 않지만, 탈지는 2개의 온도-의존성 공정 즉 확산 및 휘발에 의해 역학적으로 그리고 열역학적으로 제한되는 것으로서 생각될 수 있다. 휘발은 분해된 결합제 분자가 그린 상태의 구조물의 표면으로부터 증발되므로 덜 방해받는 방식으로 진행되게 하기 위해 배출을 위한 다공성 네트워크를 남기는 공정이다. 단일-상 수지 결합제에서, 내부적으로 포획된 가스상 분해 생성물이 구조물을 발포 및/또는 파열시킬 수 있다. 이것은 결합제 분해 가스의 배출을 정지시키기 위해 불투과성 표피 층을 형성할 수 있는 표면에서 높은 수준의 탄소를 함유한 분해 생성물을 남기는 결합제 시스템에서 더 유효하다. 단일-상 결합제가 성공적인 일부의 경우에, 단면적은 비교적 작으며, 결합제 분해 가열 속도는 표피 층이 형성되는 것을 방해할 정도로 충분히 오래 걸린다.

휘발이 일어나는 속도는 온도, 휘발을 위한 활성화 에너지 그리고 빈도 또는 샘플링 속도에 의존한다. 휘발은 주로 표면에서 또는 표면 근처에서 일어나기 때문에, 샘플링 속도는 전형적으로 구조물의 총 표면적에 비례한다. 확산은 결합제 분자가 구조물의 벌크로부터 표면으로 이동하는 공정이다. 표면으로부터의 결합제 재료의 휘발로 인해, 더 낮은 농도가 있는 표면을 향해 결합제 재료를 이동시키는 경향이 있는 농도 구배가 있다. 확산 속도는 예컨대 온도, 확산을 위한 활성화 에너지 그리고 농도에 의존한다.

휘발은 표면적에 의해 제한되기 때문에, 표면적이 미세 구조물의 벌크에 대해 작으면, 과도하게 신속하게 가열하는 것은 휘발성 화학종이 포획되게 할 수 있다. 내부 압력이 충분히 커질 때, 구조물은 팽창, 파열 또는 파괴될 수 있다. 이러한 효과를 축소시키기 위해, 탈지가 완료될 때까지 비교적 점진적인 온도 증가에 의해 성취될 수 있다. 탈지 또는 과도하게 신속한 탈지를 위한 개방 채널의 부족 이 또한 잔류 탄소 형성에 대한 더 높은 경향을 유도할 수 있다. 이것은 나중에 실질적으로 완전한 탈지를 보증하기 위해 더 높은 탈지 온도를 요구할 수 있다. 탈지가 완료될 때, 온도는 소성 온도까지 더 신속하게 상승될 수 있고, 소성이 완료될 때까지 그 온도에서 유지될 수 있다. 이러한 시점에서, 제품은 그 다음에 냉각될 수 있다.

희석액은 확산을 위한 더 짧은 경로 그리고 증가된 표면적을 제공함으로써 탈지를 향상시킨다. 희석액은 바람직하게는 액체로 남고, 결합제가 경화 또는 그렇지 않으면 경화 처리될 때 결합제로부터 상 분리된다. 이것은 경화 처리된 결합제 재료의 매트릭스 내에 분산되는 희석액의 포켓의 상호 침투 네트워크를 생성시킨다. 결합제 재료의 경화 또는 경화 처리가 더 신속하게 일어날수록, 희석액의 포켓이 더 작을 것이다. 바람직하게는, 결합제를 경화 처리한 후, 희석액의 비교적 대량의 비교적 작은 포켓이 그린 상태의 구조물 전체를 통해 네트워크 내에 분산된다. 탈지 동안에, 저분자량 희석액은 다른 고분자량 유기 성분의 분해 전에 비교적 저온에서 신속하게 증발될 수 있다. 희석액의 증발이 약간 다공성의 구조물을 남기고, 그에 의해 잔류한 결합제 재료가 휘발될 수 있는 표면적을 증가시키고 결합제 재료가 이들 표면에 도달하기 위해 확산되어야 하는 평균 경로 길이를 감소시킨다. 그러므로, 희석액을 포함함으로써, 결합제 분해 동안의 휘발 속도는 이용 가능한 표면적을 증가시킴으로써 증가되고, 그에 의해 동일한 온도에 대한 휘발 속도를 증가시킨다. 이것은 제한된 확산 속도로 인한 압력 축적이 일어날 가능성을 낮아지게 한다. 나아가, 비교적 다공성의 구조물은 축적된 압력이 더 용이하 게 그리고 더 낮은 문턱치에서 해제되게 한다. 결과적으로, 탈지는 전형적으로 미세 구조물 파괴의 위험성을 낮추면서 더 빠른 속도의 온도 증가로 수행될 수 있다. 추가로, 증가된 표면적 그리고 감소된 확산 길이 때문에, 탈지가 더 낮은 온도에서 완료된다.

희석액은 단지 결합제를 위한 용매 화합물이 아니다. 희석액은 바람직하게는 경화되지 않은 상태에서 결합제 내로 합체될 정도로 충분히 용해 가능하다. 슬러리 또는 페이스트의 결합제의 경화 시, 희석액은 교차-결합 공정에 참여한 단량체 및/또는 저중합체로부터 상 분리되어야 한다. 바람직하게는, 희석액은 경화된 결합제의 연속 매트릭스 내에 액체 재료의 분리형 포켓을 형성하기 위해 상 분리되며, 이 때 경화된 결합제는 슬러리 또는 페이스트의 유리 프릿 또는 세라믹 재료의 입자를 결합시킨다. 이러한 방식으로, 경화된 그린 상태의 미세 구조물의 물리적 일체성은 상당히 높은 수준의 희석액(약 1:3을 초과한 희석액 대 수지 비율)이 사용되더라도 크게 손상되지 않는다.

바람직하게는, 희석액은 무기 재료와 결합제의 결합에 대한 친화도보다 낮은 슬러리 또는 페이스트의 무기 재료와의 결합에 대한 친화도를 갖는다. 경화 처리될 때, 결합제는 무기 재료의 입자와 결합되어야 한다. 이것은 특히 희석액의 증발 후의 그린 상태의 구조물의 구조적 일체성을 증가시킨다. 희석액에 대한 다른 요망 성질은 무기 재료의 선택, 결합제 재료의 선택, (있다면) 경화 개시제의 선택, 기판의 선택 그리고 (있다면) 다른 첨가제에 의존할 것이다. 양호한 종류의 희석액은 글리콜 및 폴리히드록실을 포함하며, 그 예는 부탄디올, 에틸렌 글리콜 및 다른 폴리올을 포함한다.

무기 분말, 결합제 및 희석액에 추가하여, 슬러리 또는 페이스트는 선택적으로 다른 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 슬러리 또는 페이스트는 기판으로의 부착을 촉진하는 부착 조촉매를 포함할 수 있다. 유리 기판, 또는 실리콘 산화물 또는 금속 산화물 표면을 갖는 다른 기판에 대해, 실란 커플링제가 부착 조촉매로서 양호한 선택이다. 양호한 실란 커플링제가 3개의 알콕시 작용기를 갖는 실란 커플링제이다. 이러한 실란은 선택적으로 더 양호한 유리 기판으로의 부착을 촉진하기 위해 사전-가수분해될 수 있다. 특히 양호한 실란 커플링제가 상표 지정명 스카치본드 세라믹 프라이머 하에서 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재한 3M 컴퍼니에 의해 판매되는 것 등의 실라노 프라이머이다. 다른 선택적 첨가제는 슬러리 또는 페이스트의 다른 성분과 무기 재료를 혼합하는 것을 돕는 분산제 등의 재료를 포함할 수 있다. 선택적 첨가제는 계면 활성제, 촉매, 시효-방지 성분, 해제 향상제 등을 또한 포함할 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 방법은 전형적으로 미세 구조물을 형성하기 위해 몰드를 사용한다. 몰드는 바람직하게는 매끄러운 표면 그리고 대향 미세 구조형 표면을 갖는 가요성 중합체 시트이다. 몰드는 미세 구조형 패턴을 갖는 마스터 툴을 사용하여 열가소성 재료의 압축 성형에 의해 제조될 수 있다. 몰드는 또한 얇은 가요성 중합체 필름 상으로 주조 및 경화되는 경화성 재료로 제조될 수 있다. 몰드는 미국 특허 출원 제2003/0100192-A1호에 기재된 것 등의 배리어 영역 및 랜드 영역을 연결하는 곡면형 표면을 가질 수 있다. 나아가, 랜드 부분의 재료는 배리 어 부분의 재료와 연속적일 수 있다.

미세 구조형 몰드는 예컨대 미국 특허 제5,175,030호(루 등) 및 미국 특허 제5,183,597호(루)에 개시된 공정과 같은 공정에 따라 형성될 수 있다. 형성 공정은 다음의 단계: 즉 (a) 저중합체 수지 조성물을 준비하는 단계와; (b) 마스터의 공동을 충전할 정도로 거의 충분한 양으로 마스터 네거티브 미세 구조형 툴 표면 상으로 저중합체 수지 조성물을 피착하는 단계와; (c) 적어도 1개가 가요성인 예비 형성된 기판과 마스터 사이에 조성물의 비드를 이동시킴으로써 공동을 충전하는 단계와; (d) 저중합체 조성물을 경화시키는 단계를 포함한다.

단계 (a)의 저중합체 수지 조성물은 바람직하게는 일체형 무용매 복사선-중합성 및 교차 결합성의 유기 저중합체 조성물이지만, 다른 적절한 재료가 사용될 수 있다. 저중합체 조성물은 바람직하게는 가요성 및 치수-안정성의 경화 중합체를 형성하기 위해 경화 가능한 것이다. 저중합체 수지의 경화는 바람직하게는 낮은 수축을 동반하여 일어난다. 적절한 저중합체 조성물의 하나의 예가 상표 지정명 포토머^TM 6010 하에서 미국 펜실베이니아주 앰블러에 소재한 헨켈 코포레이션에 의해 판매되는 것 등의 지방족 우레탄 아크릴레이트이다. 유사한 화합물이 다른 공급자로부터 이용 가능하다.

아크릴레이트 및 메타크릴레이트 작용기 단량체 및 저중합체가 양호한데 이것은 이들이 통상의 경화 조건 하에서 더 신속하게 중합되기 때문이다. 나아가, 광범위한 아크릴레이트 에스테르가 상업적으로 이용 가능하다. 그러나, 메타크릴 레이트, 아크릴아미드 및 메타크릴아미드 작용기 구성 분자가 또한 제한 없이 사용될 수 있다.

중합은 자유 라디칼 개시제의 존재 하에서의 가열, 적절한 광개시제의 존재 하에서의 자외선 또는 가시 광선으로의 조사 그리고 전자 빔으로의 조사 등의 통상의 수단에 의해 성취될 수 있다. 중합의 하나의 방법이 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 저중합체 조성물의 농도로 광개시제의 존재 하에서의 자외선 또는 가시 광선으로의 조사에 의한 것이다. 더 높은 농도가 사용될 수 있지만 통상적으로 요망된 경화 수지 성질을 얻는 데 필요하지 않다.

단계 (b)에서 피착된 저중합체 조성물의 점도는 예컨대 500 내지 5000×10^-3 파스칼-초(500 내지 5000 센티푸아즈)일 수 있다. 저중합체 조성물이 이러한 범위 위의 점도를 가지면, 공기 버블이 조성물 내에 포획될 수 있다. 추가로, 조성물은 마스터 툴 내의 공동을 완전히 충전하지 못할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 수지는 요망된 범위 내로 점도를 저하시키기 위해 가열될 수 있다. 그 범위 아래의 점도를 갖는 저중합체 조성물이 사용될 때, 저중합체 조성물은 마스터를 정확하게 복제하는 것을 방해하는 경화 시의 수축을 경험할 수 있다.

다양한 재료가 패터닝된 몰드의 기부(기판)를 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 이 재료는 경화 복사선에 실질적으로 광학적으로 투과성이고, 미세 구조물의 주조 동안에 취급을 가능케 할 정도로 충분한 강도를 갖는다. 추가로, 기부를 위해 사용된 재료는 몰드의 가공 및 사용 동안에 충분한 열적 안정성을 갖도록 선택 될 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리카보네이트 필름이 단계 (c)에서 기판으로서의 사용에 바람직한데 이것은 이 재료가 경제적이고 경화 복사선에 광학적으로 투과성이고 양호한 인장 강도를 갖기 때문이다. 0.025 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 기판 두께가 양호하고, 0.075 ㎜ 내지 0.175 ㎜의 두께가 특별히 양호하다. 미세 구조형 몰드를 위한 다른 유용한 기판은 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리에테르 술폰, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리에스테르 및 폴리비닐 클로라이드를 포함한다. 기판의 표면은 또한 저중합체 조성물로의 부착을 촉진하기 위해 처리될 수 있다.

적절한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 계열의 재료의 예는 포토그레이드 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 그리고 미국 특허 제4,340,276호에 기재된 방법에 따라 형성되는 표면을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함한다.

전술된 방법과 함께 사용하기 위한 양호한 마스터가 금속 툴이다. 경화 및 선택적인 동시 열 처리 단계의 온도가 과도하게 크지 않으면, 마스터는 또한 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 적층체 등의 열가소성 재료로부터 구성될 수 있다.

저중합체 수지가 기판과 마스터 사이의 공동을 충전한 후, 저중합체 수지는 경화되고, 마스터로부터 제거되고, 임의의 잔류 응력을 완화시키기 위해 열 처리될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 몰드 수지 재료의 경화가 약 5% 초과의 수축을 초래할 때(예컨대, 상당한 부분의 단량체 또는 저분자량 저중합체를 갖는 수지가 사용될 때), 최종의 미세 구조물이 비틀릴 수 있다는 것이 관찰되었다. 일어나는 비틀림은 전형적으로 미세 구조물의 특징부 상의 오목한 미세 구조 측벽 또는 경사 형 상부에 의해 증명된다. 이들 낮은 점도의 수지가 작고 낮은 종횡비의 미세 구조물의 복제를 양호하게 수행하지만, 이들은 측벽 각도 및 상부 평탄도가 유지되어야 하는 비교적 높은 종횡비의 미세 구조물에 양호하지 않다. PDP 분야를 위한 격벽을 형성할 때, 비교적 높은 종횡비의 격벽이 요망되며, 격벽 상에서의 비교적 직선형의 측벽 및 상부의 유지는 중요할 수 있다.

전술된 바와 같이, 몰드는 대체예에서 마스터 금속 툴에 대해 적절한 열가소성 물질을 압축 성형함으로써 복제될 수 있다.

각각의 다음의 특허: 즉 미국 특허 제6,247,986호; 미국 특허 제6,537,645호; 미국 특허 제6,713,526호; 제US6843952호; 제U.S.6,306,948호; 제WO 99/60446호; 제WO 2004/062870호; 제WO 2004/007166호; 제WO 03/032354호; 제US2003/0098528호; 제WO 2004/010452호; 제WO 2004/064104; 미국 특허 제6,761,607호; 미국 특허 제6,821,178호; 제WO 2004/043664호; 제WO 2004/062870호; PCT 출원 제US2005/0093202호; PCT 제WO2005/019934호; PCT 제WO2005/021260호; PCT 제WO2005/013308호; PCT 제WO2005/052974호; 2004년 12월 22일자로 출원된 PCT 제US04/43471호; 그리고 각각 2004년 8월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 제60/604556호, 제60/604557호, 제60/604558호 및 제60/604559호를 포함하지만 그에 제한되지 않는 여기에서 설명된 본 발명에서 이용될 수 있는 다양한 다른 태양이 당업계에 공지되어 있다.

Claims (20)

1. 미세 구조형 제품을 형성하는 방법에 있어서,

   각각이 미세 구조형 표면 및 대향 표면을 갖고 독립적으로 위치 설정 가능한 적어도 2개의 분리형 몰드를 제공하는 단계와;

   패터닝된 기판의 기준부를 위치시키는 단계와;

   기준부에 대응하여 각각의 몰드를 위치 설정하는 단계와;

   기판에 경화성 조성물을 도포하는 단계와;

   몰드의 미세 구조형 표면이 경화성 조성물과 접촉하며 기판의 패턴이 몰드의 미세 구조형 표면과 정렬되도록 각각의 위치 설정된 몰드를 분배하는 단계와;

   경화성 조성물의 비성형 부분을 선택적으로 제거하는 단계와;

   경화성 조성물을 경화시키는 단계와;

   몰드를 제거하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 미세 구조형 표면은 격벽을 형성하는 데 적절한 방법.
3. 제1항에 있어서, 기판은 유리 패널이며, 패턴은 전극 패턴인 방법.
4. 제3항에 있어서, 기준부는 유리 기판 상의 전극 또는 기준 마크인 방법.
5. 제1항에 있어서, 드럼 또는 평면형 분배 조립체가 정렬된 몰드를 분배하고 경화성 페이스트와 몰드의 미세 구조형 표면을 접촉시키는 데 채용되는 방법.
6. 제5항에 있어서, 드럼 및 평면형 분배 조립체는 진공에 의해 몰드의 대향 표면을 분배하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 몰드는 경화 전에 드럼 또는 평면형 분배 조립체로부터 해제되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 몰드는 5 ㎛ 이하의 위치 설정 오차로 정렬되는 방법.
9. 제1항에 있어서, 경화성 조성물의 2개 이상의 분리형 코팅이 단일의 기판에 도포되는 방법.
10. 제9항에 있어서, 각각의 분리형 코팅은 크기 면에서 단일의 플라즈마 디스플레이 패널에 대응하는 방법.
11. 제9항에 있어서, 각각의 분리형 코팅은 크기 면에서 약 1 ㎠ 내지 약 2 ㎡의 범위 내에 있는 방법.
12. 제1항에 있어서, 시각 피드백 시스템이 기준부를 위치시키기 위해, 몰드를 위치 설정하기 위해 그리고 선택적으로 경화성 조성물을 도포하는 데 채용되는 방법.
13. 제1항에 있어서, 몰드는 투과성인 방법.
14. 제1항에 있어서, 경화성 조성물은 몰드를 통해, 기판을 통해 또는 이들의 조합을 통해 경화되는 방법.
15. 제1항에 있어서, 몰드는 중합체 재료로 구성되는 방법.
16. 제1항에 있어서, 각각의 몰드의 경화성 조성물은 순차적으로 또는 동시에 경화되는 방법.
17. 제1항에 있어서, 몰드는 선행 모서리로부터 견인됨으로써 경화된 페이스트로부터 제거되는 방법.
18. 제1항에 있어서, 각각의 몰드는 정렬되는 동안에 인장되지 않는 방법.
19. 미세 구조형 제품을 형성하는 방법에 있어서,

    각각이 미세 구조형 표면 및 대향 표면을 갖고 독립적으로 위치 설정 가능한 적어도 2개의 분리형 몰드를 제공하는 단계와;

    몰드에 경화성 조성물을 충전하는 단계와;

    패터닝된 기판의 기준부를 위치시키는 단계와;

    기준부에 대응하여 각각의 몰드를 위치 설정하는 단계와;

    기판의 패턴이 몰드의 미세 구조형 표면과 정렬되도록 기판 상으로 각각의 위치 설정된 충전된 몰드를 분배하는 단계와;

    페이스트를 경화시키는 단계와;

    몰드를 제거하는 단계

    를 포함하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 몰드는 위치 설정 후에 충전되는 방법.

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