KR101647265B1

KR101647265B1 - 변위 스케일을 제조하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101647265B1
Application number: KR1020157005683A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 에이치 칼슨; 데일 엘 에네스; 다니엘 에스 워츠; 루이스 에이 아귀레; 레벤트 비이클리; 알란 비 캠벨
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2016-08-09
Also published as: US9513412B2; KR20150034814A; KR20100037089A; US20100196607A1; CN101688794B; CN101688794A; WO2008157588A3; JP2010530543A; EP2162705A2; WO2008157588A2; EP2162705A4; BRPI0811666A2

Abstract

기재 상에 TIR 프리즘을 포함하는 변위 스케일을 형성하는 방법 및 시스템이 기술된다. 변위 스케일을 형성하는 시스템은 음각의 내부 전반사(TIR) 프리즘 특징부의 패턴을 갖는 하나 이상의 롤러를 포함한다. 롤러가 회전됨에 따라, 기재 상에 스케일이 형성된다. 롤러는 또한 음각의 패턴 특징부를 포함할 수 있다. 롤러의 회전은 기재 상에 변위 스케일 및 패턴 특징부를 동시에 형성한다. 변위 스케일의 TIR 프리즘 특징부는 측방향 변위, 종방향 변위 및 각 변위 중 하나 이상의 측정을 제공하도록 배향될 수 있다.

Description

변위 스케일을 제조하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR FABRICATING DISPLACEMENT SCALES}

우선권

본 출원은 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2007년 6월 19일자로 출원된 미국 가출원 제60/944,890호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 변위를 결정하는 스케일에 관한 것으로서, 스케일은 변위를 측정하기 위한 스케일 특징부(feature)로서 복수의 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 광학 프리즘을 채용한다.

광학 인코더(encoder)는 기재(substrate) 또는 다른 관심대상의 물품의 변위를 측정하기 위해 사용된다. 전형적으로, 광학 인코더는 광원, 기재 또는 다른 관심대상의 물품에 부착된 스케일, 및 광감지 요소를 포함한다. 스케일은 광의 일부를 반사, 투과 및/또는 차단함으로써 광원으로부터 지향된 광을 변조시킨다. 광감지 요소는 변조된 광을 감지하도록 위치되고 변조된 광에 대응하는 출력 신호를 발생시킨다. 관심대상의 물품의 변위는 광센서의 출력 신호를 분석함으로써 결정된다.

본 발명의 실시예는 기재 상에 TIR 프리즘을 포함하는 변위 스케일을 형성하는 방법 및 시스템을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 변위 스케일을 형성하는 시스템은 음각의 내부 전반사(TIR) 프리즘 특징부를 갖는 하나 이상의 롤러를 포함한다. TIR 특징부를 포함하는 스케일이 기재 표면 상에 형성되도록 롤러를 회전시키도록 구동 기구가 구성된다. 롤러는 또한 음각의 패턴 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 롤러의 회전은 기재 상에 변위 스케일 및 패턴 특징부를 동시에 형성한다.

몇몇 실시예에서, 분배기가 기재 표면 상에 재료를 분배하고, 롤러의 회전은 기재 표면 상의 재료에 TIR 프리즘 특징부를 포함하는 변위 스케일을 형성한다. 예를 들어, 재료는 경화성 재료, UV 경화성 수지, 주조가능 중합체, 열경화성 재료, 또는 다른 경화성 또는 주조가능 재료를 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 시스템은 스케일의 TIR 프리즘 특징부를 경화시키도록 구성된 열원 또는 UV 광원과 같은 경화 스테이션을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 시스템은 음각의 웨브 패턴 특징부를 포함하는 하나 이상의 추가 롤러를 포함할 수 있다. 패턴 특징부가 기재 상에 형성되도록 추가 구동 기구가 하나 이상의 추가 롤러를 회전시킨다. 웨브 패턴 특징부는 스케일의 형성과 동시에 형성될 수 있다.

일 구성에서, 변위 스케일 특징부에 더하여, 롤러는 또한 음각의 제1 세트의 패턴 특징부를 갖는다. 롤러의 회전은 기재 상에 TIR 스케일 및 제1 세트의 패턴 특징부를 동시에 형성한다. 스케일은 제1 세트의 패턴 특징부와 정합(registration)하여 기재에 추가 패턴 특징부를 전사하는 것을 용이하게 하도록 구성된다.

다양한 태양에 따르면, 기재는 중합체 웨브와 같은 가요성 웨브를 포함할 수 있거나, 기재는 유리와 같은 강성 재료를 포함할 수 있다.

TIR 특징부는 측방향 변위의 측정을 제공하도록, 종방향 변위를 측정하도록, 또는 둘 모두를 위해 배향될 수 있다. TIR 특징부는 각 회전(angular rotation)을 측정하도록 또는 다양한 웨브 파라미터를 측정하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예는 기재 상에 TIR 프리즘 특징부를 포함하는 스케일을 형성하는 방법을 포함한다. 기재는 음각의 내부 전반사(TIR) 프리즘 특징부를 갖는 하나 이상의 롤러와 접촉하게 되거나 근접하게 된다. 롤러는 기재에 대하여 회전되어, TIR 프리즘 특징부를 포함하는 변위 스케일이 기재의 표면 상에 형성되게 한다.

몇몇 구성에서, TIR 프리즘을 형성하는 데 사용되는 재료는 기재 상으로 분배된다. 롤러는 TIR 프리즘이 기재 상의 재료에 형성되도록 회전된다.

패턴 특징부의 제1 층이 스케일의 형성과 동시에 형성될 수 있다. 스케일은 추가 패턴 특징부를 제1 세트의 패턴 특징부와 정렬시키기 위하여 다음 처리 단계에서 후속적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 기재 상에 변위 스케일을 형성하도록 구성된 공구에 관한 것이다. 공구는 음각의 패턴 특징부 및 변위 스케일을 형성하도록 배열된 내부 전반사(TIR) 프리즘 특징부를 갖는 롤러를 포함한다. 롤러는 롤러가 기재와 접촉하거나 근접하여 회전할 때 기재 상에 변위 스케일 및 패턴 특징부를 동시에 형성하도록 구성된다.

본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 보다 완전한 이해와 함께, 이점 및 달성(attainment)은 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조함으로써 명백해지고 이해될 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따라 웨브 위치를 나타내기 위한 내부 전반사의 사용을 예시하는 도면.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따라 웨브 위치를 나타내기 위한 내부 전반사를 제공하도록 구성된 직각 정각 프리즘(right regular prism)을 포함하는 스케일 요소를 예시하는 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 반사 모드로 작동하는, 웨브 위치를 나타내는 시스템을 예시하는 도면.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 투과 모드로 작동하는, 웨브 위치를 나타내는 시스템을 예시하는 도면.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따라 반사 모드로 작동하는, 웨브 이동을 제어하는 시스템을 예시하는 도면.
도 2d는 본 발명의 실시예에 따라 투과 모드로 작동하는, 웨브 이동을 제어하는 시스템을 예시하는 도면.
도 2e 및 도 2f는 본 발명의 실시예에 따라 웨브 상에 종방향으로 배열된 스케일 특징부를 예시하는 도면.
도 2g 및 도 2h는 본 발명의 실시예에 따라 웨브 상에 측방향으로 배열된 스케일 특징부를 예시하는 도면.
도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 바둑판 패턴의 종방향 및 측방향 스케일 특징부를 예시하는 도면.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스케일 특징부에 의해 변조된, 광검출기의 표면에서의 광 강도(intensity)의 그래프.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 약 90°의 위상차를 갖는 사인곡선형 광 강도를 달성하도록 스케일 특징부 및 스캐닝 레티클에 의해 변조된, 이중(dual) 광센서의 표면에서의 광 강도의 그래프.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 TIR 스케일을 사용하여 기재 위치를 나타내는 과정을 예시하는 흐름도.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 대략적인 웨브 위치 및 미세한 웨브 위치를 결정하는 방법을 예시하는 흐름도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 스케일 특징부를 갖는 웨브를 포함하는 롤 제품의 도면.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 일체형 스케일을 갖고 또한 패턴 특징부가 상부에 침착된 웨브를 포함하는 롤 제품의 일부분의 도면.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 웨브로부터 분리된 스케일의 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기재 상에 TIR 스케일을 형성하기 위해 사용될 수 있는 음각의 TIR 특징부를 갖는 롤러의 일부분의 측면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 기재 상에 TIR 프리즘 특징부를 포함하는 스케일을 형성하는 시스템을 예시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 기재 상에 TIR 프리즘 특징부를 포함하는 스케일 및 패턴 특징부의 제1 층을 동시에 형성하는 시스템을 예시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 웨브의 대향 표면들 상에 특징부를 포함하는 양면 웨브 기재를 제조하는 시스템을 예시하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 웨브의 대향 표면들 상에 특징부를 포함하는 양면 웨브 기재를 제조하기 위해 사용될 수 있는 제1 및 제2 패턴화된 롤러(patterned roller)를 예시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 이전 제조 단계에서 형성된 TIR 스케일이 후속 제조 단계 동안 기재의 위치를 제어하기 위해 사용되는 시스템을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 웨브의 일 표면 상에 종방향으로 배열된 스케일 특징부 및 웨브의 배면 상의 제2 패턴을 예시하는 도면.
본 발명이 다양한 변형예와 대안적인 형태를 따르고 있지만, 그 특정 실시예는 예로서 도면에 도시되어 있고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 기술된 특정 실시예로 한정하고자 하는 것이 아님이 이해될 것이다. 반대로, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범주 내에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포함하고자 하는 것이다.

기재의 변위를 나타내는 개선된 방법 및 시스템에 대한 필요성이 있다. 본 발명은 이들 및 다른 필요성들을 충족시키고 종래 기술에 비해 다른 이점들을 제공한다.

예시된 실시예들의 하기의 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조하며, 도면에서는 본 발명이 실시될 수 있는 다양한 실시예가 예시로서 도시되어 있다. 다른 실시예가 이용될 수 있고, 구조적 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

본 발명의 실시예는 기재 또는 다른 관심대상의 물품의 변위를 결정하는 스케일과, 스케일을 제조 및 사용하는 방법 및 시스템을 예시한다. 스케일은 웨브 병진 및/또는 회전 변위의 표시를 제공하기 위해 사용될 수 있고, 웨브 위치를 결정하기 위해 그리고/또는 가요성 웨브의 이동을 제어하기 위해 채용될 수 있다. 웨브의 병진 변위 및/또는 회전 변위를 표시하는 것에 추가로 또는 대안적으로, 스케일은 또한 웨브 또는 웨브를 둘러싼 주위 환경의 다양한 파라미터를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이하에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 스케일은 웨브의 온도 및/또는 탄성계수를 측정하기 위해 사용될 수 있고/있거나 웨브 스트레인을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 기재는 유리와 같은 투명한 강성 재료로 제조될 수 있거나, 가요성 중합체 웨브와 같은 투명한 가요성의 신축가능한 재료를 포함할 수 있다.

스케일은 내부 전반사(TIR) 프리즘으로서 구성된 복수의 광학 스케일 특징부를 포함한다. 내부 전반사는 프리즘 면에서의 광의 입사각(θ _i )이 임계각(θ _c ) 이상일 때 발생한다. 임계각(θ _c ) 초과의 입사각의 경우, 모든 입사광은 반사된다.

도 1a는 기재(105) 상에 TIR 특징부(115)를 포함하는 스케일을 도시하며, 스케일이 다양한 실시예에 따라 사용될 때의 내부 전반사의 원리를 예시한다. 광원(도시되지 않음)에 의해 발생된 광은 TIR 스케일 특징부(115)를 포함하는 일체형 스케일을 갖는 기재(105)를 향해 지향된다. TIR 스케일 특징부(115)를 향해 지향된 광(111)의 각도(θ _i )가 임계각(θ _c ) 이상이면, 광은 도 1a에 표시된 바와 같이 각도(θ _r )로 반사된다.

TIR 스케일 특징부는 TIR을 통해 반사를 제공하는 임의의 형상 또는 형태로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, TIR 스케일 특징부는 도 1b에 예시된 바와 같이 직각 정각 프리즘을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, TIR 스케일 특징부(116)의 좌측면(117)에 입사하는 입사광의 각도(θ _i1 )가 임계각(θ _c )보다 크면, 광은 입사각(θ _i2 )으로 우측 프리즘 면(118)으로 내부 전반사된다. 우측 프리즘 면(118)에서, 광은 각도(θ _r2 )로 다시 내부 전반사되고 입사광에 실질적으로 평행하게 프리즘(116)을 빠져나간다. TIR을 통한 반사는 반사 스케일을 위해 전형적으로 사용되는 금속화된 표면으로 인해 발생할 수 있는 열화(deterioration) 없이 TIR 스케일 특징부의 면에 입사하는 거의 모든 광을 편리하게 반사한다.

도 2a 내지 도 2d는 기재 상에 배치된 TIR 스케일을 사용하여 기재의 변위를 나타내도록 구성된 시스템의 도면이다. 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 시스템은 기재(205)를 향해 광(211)을 지향시키는 광원(210)을 포함하고, 기재는 광원(210) 및 광센서(220)의 고정된 위치에 대해 이동할 수 있다.

도 2a의 시스템은 반사 모드로 작동하는, 기재 변위를 나타내는 시스템을 예시한다. 반사 모드에서, 다중-광원 어레이(multi-source array)일 수 있는 광원(210) 및 하나 이상의 광센서(220)가 기재(205)의 동일 표면(206) 근처에 배치된다. 광원(210)은 기재(205)의 표면(206)을 향해 광(211)을 지향시킨다. 광의 일부(212)는 TIR 스케일 특징부(215)에 의해 광센서(220)를 향해 반사된다. 광센서(220)는 반사된 광을 감지하고 기재 변위를 나타내기 위해 사용될 수 있는 아날로그 출력 신호를 발생시킨다. 이 실시예에서, 기재(205)는 투명하거나 투명하지 않을 수 있다. 기재(205)가 투명한 구성에서, 광의 일부(221)는 기재(205)를 통해 투과될 수 있다. 기재(205)가 투명하다면, TIR 스케일 특징부(215)는 기재(205)의 어느 하나의 표면(206, 207) 상에 또는 양 표면(206, 207)들 상에 배치될 수 있음이 이해될 것이다.

도 2b는 투과 모드로 작동하는, 웨브 위치를 나타내는 시스템을 예시한다. 이 구성에서, 광원(210) 및 광센서(220)는 웨브(205)의 대향 표면(206, 207)들 상에 배치된다. 광원(210)은 웨브(205)의 표면(206)을 향해 광(211)을 지향시킨다. 광의 일부(212)는 스케일 요소(215)에 의해 반사된다. 광의 다른 일부(221)는 투명 웨브(205)를 통해 광센서(220)로 통과한다. 광센서(220)는 투과된 광(221)을 감지하고 아날로그 출력 신호를 발생시킨다.

도 2a 및 도 2b에서, 기재(205)가 광원(210) 및 광센서(220)의 고정된 위치들에 관하여 이동함에 따라, 광센서(220)의 활성 표면(222)에서의 광 강도는 TIR 스케일 특징부에 의해 변조된다. 도 2a 및 도 2b의 시스템의 경우 광센서(220)의 활성 표면(222)에서의 광 강도가 도 3a의 광 강도 그래프(310)에 의해 예시되어 있다. 기재(205)의 상대 운동은 광센서(220)의 표면(222)에서의 광 강도가 사인곡선으로 변조되게 한다. 광센서(220)는 광을 검출하고, 광센서(220)의 활성 표면(222)에서의 광 강도에 따르는 대응 사인곡선 아날로그 출력 신호를 발생시킨다. 광센서(220)에 의해 발생된 아날로그 출력 신호는 기재(205)의 변위를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 광센서에 의해 발생된 아날로그 출력 신호는 기재의 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 가요성의 긴 웨브 기재 상에 배치된 TIR 스케일 특징부의 사용은 롤-대-롤(roll-to-roll) 제조 응용에 특히 유용하다. 도 2c 및 도 2d는 웨브 위치를 나타내기 위해 사용되는 구성요소들이 반사 모드(도 2c) 및 투과 모드(도 2d)로 작동하도록 배열될 때 웨브 이동을 제어하는 시스템을 예시한다. 긴 웨브(235)는 롤로부터 풀릴 수 있거나 이전의 제조 공정으로부터 유래할 수 있다. 도 2c 및 도 2d에서 웨브 위치를 나타내기 위해 사용된 구성요소들은, 도 2c 및 도 2d의 시스템 각각이 스캐닝 레티클(240)을 추가로 포함하고 이중 광센서(250, 255)를 갖는다는 점을 제외하고는, 도 2a 및 도 2b에 각각 도시된 것들과 유사하다. 웨브(235)는 광원(210), 스캐닝 레티클(240) 및 광센서(250, 255)의 고정된 위치에 대해 움직인다.

스캐닝 레티클(240)은 레티클 윈도우(241)가 웨브(235)를 향해 지향된 광의 일부가 레티클(240)을 통과하게 하도록 웨브(235)로부터 짧은 거리에 배치된다. 윈도우(241)들 사이의 레티클(240)의 영역(242)들은 광의 일부를 차단한다.

광센서(250, 255)는 센서(250, 255)의 표면에 존재하는 광을 감지하고 독립적인 출력 신호를 발생시킨다. 전술된 바와 같이, 웨브(235)가 광원(210) 및 광센서(250)에 대해 움직이고 있을 때, TIR 스케일 특징부(215)는 광센서(250)에 존재하는 광 강도가 사인곡선으로 변조되게 한다. 스캐닝 레티클은 광센서(250, 255)에 존재하는 광을 추가로 변조시키기 위해 사용될 수 있다. 스캐닝 레티클(240)의 사용을 통해, 광센서(250, 255)에서의 광 강도는 도 3b에 예시된 바와 같이, 90°만큼 위상 이동된 2개의 대칭적인 사인곡선형 신호에 대응한다. 광센서(250, 255)의 표면에 존재하는 변조된 광 강도에 따르는 출력 신호는 광센서(250, 255)에 의해 생성되어 웨브 위치를 나타낸다.

광센서(250, 255)에 의해 발생된 출력 신호는 웨브 위치 프로세서(260)에 의해 분석되어 웨브의 위치를 결정한다. 예를 들어, 웨브 위치 프로세서(260)는 광센서(250, 255)에 대한 웨브(235)의 위치 및 운동 방향을 결정할 수 있다. 시스템의 적절하게 배치된 TIR 스케일 특징부 및 관련 위치 표시 구성요소에 의해, 웨브 횡단방향과 웨브 하류방향 중 어느 하나 또는 둘 모두에서의 웨브 위치가 결정될 수 있다. 이 정보는 웨브를 이동시키는 웨브 수송 시스템(230)을 제어하기 위해 웨브 운동 제어기(270)에 의해 사용된다.

몇몇 실시예에서, 웨브의 병진 및/또는 각 변위(angular displacement)를 감지하기 위해 그리고/또는 웨브 파라미터를 결정하기 위해 다수의 광원 및/또는 다수의 광센서가 사용될 수 있다. 다수의 센서 조합을 사용하는 시스템은 신호 잉여(signal redundancy)를 제공하여, 보다 강건한 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 에너지는 하나보다 많은 스케일 특징부, 예를 들어 약 3 내지 20개의 특징부에 의해 변조된다. 센서로부터의 출력 신호는 다수의 특징부에 의해 변조된 에너지를 평균하거나 다른 방식으로 조합할 수 있다. 단일의 특징부 또는 심지어 수 개의 특징부가 먼지에 의해 손상되거나 가려질지라도, 평균된 출력 신호는 최소한으로 영향을 받게 된다.

스케일 특징부는 종방향으로 배열된 특징부, 측방향으로 배열된 특징부, 또는 종방향으로 배열된 특징부와 측방향으로 배열된 특징부 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다. 도 2e 및 도 2f에 예시된 바와 같이, 일 실시예에서, 한 세트의 스케일 특징부(230)는 종방향 변위 측정을 위해 웨브(205)의 상부 표면(207), 하부 표면(206) 또는 양 표면(206, 207) 상에 배열될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에 예시된 바와 같은 한 세트의 광원 및 센서 구성요소는 종방향 스케일 특징부(230)에 의해 변조된 에너지를 검출하도록 그리고 웨브(205)의 종방향 변위를 나타내고/내거나 다른 웨브 파라미터를 측정하기 위해 사용될 수 있는 신호를 발생시키도록 구성된다. 도 2g 및 도 2h에 도시된 일 실시예에서, 한 세트의 스케일 특징부(240)는 측방향 변위 측정을 위해 웨브(205)의 상부 표면(207), 하부 표면(206) 또는 양 표면(206, 207) 상에 배열될 수 있다. 한 세트의 광원 및 센서 구성요소는 측방향 스케일 특징부에 의해 변조된 에너지를 검출하도록 그리고 웨브의 측방향 변위를 나타내고/내거나 다른 웨브 파라미터를 측정하기 위해 사용될 수 있는 신호를 발생시키도록 구성된다.

도 2e 내지 도 2h에 예시된 스케일 특징부는 선형의 삼각 프리즘이고, 이는 아래로 약 수 마이크로미터까지의 범위의 프리즘 피치 및 프리즘들 사이의 거리를 가질 수 있다. 이 유형의 프리즘에 대한 편리한 치수는 약 40 ㎛의 프리즘 피치 및 약 20 ㎛의 프리즘들 사이의 거리를 포함한다.

종방향 스케일 특징부와 측방향 스케일 특징부 둘 모두 그리고 상용성인 광원/센서 조합의 사용은 종방향 및 측방향 웨브 변위뿐만 아니라 각 변위의 표시를 허용한다. 도 2i는 종방향 스케일 특징부(230)와 측방향 스케일 특징부(240) 둘 모두가 웨브(205)의 상부 표면(207) 상에 배치된 웨브를 예시한다. 종방향 스케일 특징부(230) 및 측방향 스케일 특징부(240)는 웨브(205)의 대향 면들 상에 또는 웨브의 동일 면 상에 배치될 수 있다. 종방향 특징부(230) 및 측방향 특징부(240)가 웨브(205)의 동일 면 상에 배치되면, 이들은 도 2i에 예시된 바와 같이 바둑판 패턴을 형성할 수 있다. 종방향 특징부 및 측방향 특징부는 도 2i에 예시된 바와 같이 연결될 수 있거나, 개별적인 연결되지 않은 프리즘들의 교번 패턴을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 바둑판 패턴은 다수의 측방향 특징부의 영역과 교번하는 다수의 종방향 특징부의 영역을 포함할 수 있다.

웨브 상에 배치된 일체형 TIR 스케일을 이용한 연속적인 웨브 위치의 결정은 하나 또는 다수의 연속 제조 단계에서 패턴 특징부의 침착 동안 웨브의 이동을 제어하기 위해 채용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 제공된 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 TIR 스케일은 연속적인 웨브 위치를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 웨브 위치의 표시는 롤-대-롤 제조 공정 동안 웨브 상에 침착되거나 달리 형성된 패턴 특징부의 다수 층들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 본 명세서에 기술된 스케일은 가요성 웨브 상에 패턴 특징부의 연속 층들을 형성하기 위해 다수의 침착 단계를 필요로 하는 가요성 다층 전자 또는 광학 소자의 제조에 특히 유용하다. TIR 스케일 특징부는 예를 들어 약 100 ㎜ 미만, 약 50 ㎜ 미만, 약 25 ㎜ 미만 또는 심지어 약 5 ㎜ 미만의 굽힘 반경을 갖는 예를 들어 가요성 중합체 웨브 상에 형성될 수 있다. 작은 굽힘 반경은 롤 제품으로서의 TIR 스케일의 제조를 허용한다.

부가적으로, 본 명세서에 기술된 접근법은 웨브 처리 응용에서 공통적으로 발생하는 웨브 스트레인의 변화를 자동적으로 보상하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 스케일 특징부는 다층 전자 또는 광전자 소자를 형성하기 위해 사용되는 웨브 패턴 특징부의 제1 층과 같은 웨브 패턴 특징부의 층과 실질적으로 동시에 웨브 상에 침착된다. 스케일 특징부 및 웨브 패턴 특징부가 침착될 때, 패턴 특징부 및 스케일 특징부는 동일한 양의 웨브 스트레인을 경험한다. 이 구성에서, 스케일 특징부는 후속 공정에서의 웨브 스트레인의 양에 무관하게 제1 층 웨브 패턴 특징부의 위치를 정확하게 추적하기 위해 사용될 수 있다. 스케일 특징부는 후속 공정에서의 웨브 스트레인의 양에 무관하게 제1 층 웨브 패턴 특징부의 측방향 위치, 종방향 위치 및/또는 각 회전을 정확하게 추적하기 위해 사용될 수 있다.

웨브 스트레인이 증가될 때(즉, 웨브가 더 신장될 때), 스케일 특징부는 웨브 상에 형성된 대응 웨브 패턴 특징부와 함께 신장된다. 이 현상은 사용된 스케일 특징부가 웨브 상에 침착된 특징부의 위치를 보다 정확하게 추적하게 한다. 본 명세서에서 다양한 실시예에 따라 기술된 스케일을 사용하여, 심지어 웨브가 신장될 때에도 동시에 또는 후속적으로 침착된 웨브 패턴 특징부와의 정확한 정렬이 달성될 수 있다. 가요성 웨브의 위치를 나타내기 위한 스케일 특징부의 사용에 관한 추가적인 상세 사항 - 그의 태양들이 본 발명의 실시예와 관련하여 사용될 수 있음 - 은 본 출원과 동시에 출원되고 본 명세서에 참고로 포함된 대리인 문서 번호 제62854US002호에 의해 식별되는 공동 소유의 미국 특허 출원에 제공된다.

웨브의 병진 변위 및/또는 각 회전의 표시를 제공하는 것에 추가로 또는 대안적으로, 스케일은 또한 웨브 또는 웨브를 둘러싼 주위 환경의 다양한 파라미터를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이하에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 스케일은 웨브의 온도, 탄성계수, 및/또는 웨브 스트레인을 측정하기 위해 사용될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 TIR 스케일을 사용하여 기재 위치를 나타내는 과정을 예시하는 흐름도이다. 광은 TIR 스케일이 상부에 배치된 기재를 향해 지향된다(단계 401). 예를 들어, 일 구현예에서, 스케일 특징부는 웨브 상에 종방향으로 배열된 일련의 개별적인 프리즘들을 포함할 수 있다. 종방향으로 배열된 프리즘들은 종방향 변위를 결정하도록 측정될 수 있는 광 변조를 위해 구성된다. 다른 구현예에서, 스케일 특징부는 종방향으로 배열된 제1 세트의 프리즘과 측방향으로 배열된 다른 세트의 프리즘을 포함할 수 있다. 종방향 프리즘 및 측방향 프리즘은 웨브의 종방향 변위 및 측방향 변위의 결정을 위해 광을 변조하도록 구성되고, 또한 웨브의 각 회전을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

스케일의 TIR 특징부는 기재를 향해 지향된 광을 변조한다(단계 402). 변조된 광은 광센서에 의해 감지되고(단계 403), 기재 변위를 나타내는 출력 신호가 감지된 광에 기초하여 발생된다(단계 404). 이 접근법에 의해, 웨브의 1 초과의 자유도가 측정될 수 있다. 출력 신호는 웨브의 종방향 변위, 측방향 변위 및/또는 각 회전의 연속적인 표시를 제공할 수 있다.

도 3b와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 웨브 위치를 추적하기 위해 사용되는 신호는 사인 또는 코사인 신호를 포함할 수 있다. 사인 또는 코사인 신호는 유리하게는 대략적인 웨브 위치 및 미세한 웨브 위치의 결정을 허용한다. 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 대략적인 웨브 위치 및 미세한 웨브 위치를 결정하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 광은 TIR 특징부가 상부에 배치된 기재를 향해 지향된다(단계 410). TIR 특징부는 기재를 향해 지향된 광을 변조한다(단계 420). 변조된 광은 광센서에 의해 감지되고(단계 430), 90°만큼 위상 이동된 제1 및 제2 출력 신호들이 발생된다(단계 440). 웨브 위치 보정이 적용된다(단계 450). 위상 이동된 출력 신호의 아크탄젠트가 계산되어(단계 460), 웨브의 대략적인 위치 및 미세한 위치를 추적하기 위해 사용된다(단계 470).

이전에 논의된 바와 같이, 일체형 스케일을 갖는 가요성의 긴 웨브의 사용은 롤-대-롤 제조 공정에서의 사용에 특히 유리하다. 예를 들어, 일체형 스케일은 층상(layered) 전자 또는 광학 소자의 형성에서와 같은 연속 제조 단계 동안 정렬을 필요로 하는 제조 공정을 위해 웨브를 위치설정하는 데에 사용될 수 있다. 본 명세서에 예시된 일체형 스케일을 이용한 웨브 위치설정은 저비용의 전자 기기, 메모리, 표지(signage), 전자 종이, 액정을 포함하는 디스플레이(LCD) 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 다른 응용을 위한 가요성 회로의 제조에 사용될 수 있다.

도 5a는 롤 제품(500)으로서 판매될 수 있는 일체형 TIR 스케일(511)을 갖는 웨브(505)의 일부분을 예시한다. TIR 스케일(511)은 종방향(웨브 하류방향) 위치설정을 위해 사용되도록 배열된 TIR 특징부(512)와 측방향(웨브 횡단방향) 위치설정을 위해 사용되도록 배열된 TIR 특징부(513) 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 종방향 위치설정을 위해 사용되는 TIR 프리즘(512)은 프리즘의 축(514)이 웨브의 종방향(515)에 대해 소정 각도, 예를 들어 실질적으로 직각이도록 배열된다. 측방향 위치설정을 위해 사용되는 TIR 프리즘(513)은 프리즘의 축(516)이 웨브의 측방향(517)에 대해 소정 각도, 예를 들어 실질적으로 직각이도록 배열된다. 웨브/스케일 롤 제품(500)은, 스케일(511)이 웨브(505) 상의 패턴 특징부의 형성을 용이하게 하도록 위치 정보를 제공하는 데 사용되는 제조 공정에 사용될 수 있다.

대안적으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 롤 제품(501)은 웨브 패턴 특징부(520)의 제1 층과 함께 일체형 TIR 스케일(511)을 갖는 가요성 웨브(506)를 포함할 수 있다. TIR 스케일(511)은 웨브 패턴 특징부(520)의 제1 층과 동시에 웨브(506) 상에 형성될 수 있거나, TIR 스케일(511) 및 웨브 패턴 특징부(520)는 별개의 제조 단계에서 웨브(506) 상에 형성될 수 있다. 웨브 패턴 특징부(520)의 제1 층과 함께 일체형 TIR 스케일(511)을 갖는 웨브(506)의 구성은 연속적인 층 침착 동안 웨브(506)의 과도적인 또는 영구적인 치수 변화를 보상하는 데에 특히 도움이 된다. 예를 들어, 중합체 웨브는 열처리로 인한 물품 수축 또는 팽창의 길이를 변화시키는 장력을 받기 쉬울 수 있고/있거나 층-대-층 정렬을 어렵게 만드는 물 또는 다른 용매의 흡수 또는 탈리(desorption)하기 쉬울 수 있다. TIR 스케일 특징부(512, 513) 및 웨브 패턴 특징부(520)의 제1 층이 동시에 형성될 때, 일체형 TIR 스케일(511)을 이용한 후속적인 침착들의 정렬은 웨브 처리 응용에서 통상적으로 발생하는 웨브 스트레인의 변화에 대한 자동적인 보상을 제공한다. 웨브 스트레인이 증가될 때(즉, 웨브가 더 신장될 때), 스케일 요소는 웨브 상에 형성된 웨브 패턴 특징부의 제1 층과 함께 신장된다. 패턴 특징부(520) 및 스케일 특징부(512, 513)가 형성 동안 동일한 치수 변화를 경험할 때, 이는 스케일 특징부(512, 513)가 웨브(506) 상에 침착된 패턴 특징부(520)의 위치를 보다 정확하게 추적하게 한다. 몇몇 실시예에서, 웨브(505)는 웨브(505)의 일 표면 상에 접착제 층(555)을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 스케일 부분(530)은 패턴 특징부를 갖는 웨브(507)의 부분으로부터 분리될 수 있다. 스케일 부분(530) 및 웨브 부분(507)은 별개의 롤 제품으로서 판매될 수 있다. 스케일 부분(530)은 다른 웨브에 부착될 수 있고 본 명세서에 기술된 바와 같이 웨브 위치설정을 위해 사용될 수 있다. 도 5b와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 스케일 부분(530) 및/또는 웨브 부분(507)은 접착제(555)를 포함할 수 있다. 접착제(555)는 예를 들어 스케일 부분(530)을 다른 웨브에 부착하는 데 특히 유용하다.

가요성 재료 상에 형성된 스케일들은 이들이 기부 기재에 부착될 때 특히 유용하다. 스케일을 기계 또는 다른 기재에 부착할 때 직면하게 되는 하나의 고려 사항은 기재와 스케일 사이의 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE)의 차이이다. 예를 들어, 매우 강성인 스케일이 사용된다면, 스케일은 기재와는 상이한 비율로 팽창할 것이고, 그래서 스케일은 (CTE_스케일 - CTE_기재)* 델타T * 스케일 길이만큼 상이한 양으로 변한다. 스케일이 기재보다 더 적게 팽창하면, 스케일이 장력 상태에 있기 때문에 관리하는 것이 상대적으로 용이하고, 항상 직선을 따를 것이다. 그러나, 스케일이 기재보다 더 많이 팽창하면, 스케일은 압축 상태에 있을 것이고, 스케일을 좌굴시키는 경향이 있는 추가의 힘이 발생된다(즉, 스케일은 평면 밖으로 주름지는 경향이 있다). 발생된 압축력은 λ(계수) * A (면적) * 스트레인이다.

본 발명의 다양한 실시예에 따라 형성된 가요성 스케일은 전형적으로 사용되는 강철 스케일보다 약 5배 더 높은 CTE를 갖지만, 강철 스케일보다 약 300배 더 작은 탄성 계수를 갖는다. 알짜힘(net force)은 약 60배 더 작다. 따라서, 본 명세서에 기술된 가요성 스케일은 심각한 좌굴 없이 기재에 접합될 수 있어, 스케일이 기재의 위치를 더 엄밀하게 추적하게 한다.

x/y 판독을 허용하는 피라미드들의 직사각형 어레이를 갖는 플라스틱 또는 중합체 스케일과 같은 가요성 스케일을 사용함으로써, 가요성 스케일을 현재 이용할 수 있는 스케일보다 더 크게 만드는 것이 가능하다. 예를 들어, 길이가 수 마일이고 폭이 152 ㎝(60 인치) 이상인 스케일을 만드는 것이 가능하다.

본 명세서에 기술된 실시예는 기재의 변위를 나타내기 위해 사용된 TIR 스케일 특징부를 갖는 변위 스케일을 포함한다. 이 스케일들은 기재의 변위를 나타내기 위해 사용될 수 있고, 웨브의 종방향(웨브 하류방향), 측방향(웨브 횡단방향) 및/또는 각 변위의 연속적인 추적을 제공하기에 유용하다. 추가로 또는 대안적으로, 스케일 특징부는 다양한 웨브 파라미터의 측정에 채용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 온도, 스트레인 및/또는 탄성계수와 같은, 웨브의 치수 변화에 좌우되는 파라미터가 스케일 특징부를 사용하여 측정될 수 있다.

일 응용에서, 스케일 특징부는 웨브 온도의 변화를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 웨브 온도 변화(δT )는 대응하는 치수 변화(δ L _T .)를 야기한다. 스케일 특징부 및 센서 회로는 치수 변화(δ L _T )를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 웨브의 온도 변화(δT)는 측정된 치수 변화로부터 유도될 수 있다.

스케일 특징부는 웨브를 신장시키는 힘에 의해 야기된 변형의 양인 웨브 스트레인을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 종방향 스트레인만을 고려하면, 최초의 길이 L을 갖는 웨브가 그의 종방향(x) 축을 따라 신장될 때, 웨브 길이는 제1 길이(L ₁ )로부터 제2 길이(L ₂ )로 δL만큼 변한다. 종방향으로 신장된 웨브의 선형 스트레인(ε _x )은

로 표현된다. 웨브의 임의의 지점에서 x축을 따른 스트레인은 축을 따르는 임의의 지점에서의 x 방향의 변위의 미분인

으로서 표현될 수 있다. 각 스트레인(angular strain) 또는 전단 스트레인(shear strain)은 종방향(x) 축과 측방향(y) 축 둘 모두를 따른 변형을 고려한다. 웨브의 임의의 지점에서의 각 스트레인 또는 전단 스트레인은

이다.

종방향(x)과 측방향(y) 둘 모두의 방향으로 배열된 스케일 특징부가 웨브의 종방향 및 측방향 변형을 측정하기 위해 상용성 에너지원/센서 조합과 함께 사용될 수 있다. 이 변형들은 x 및 y축을 따른 선형 스트레인뿐만 아니라 각 스트레인 또는 전단 스트레인을 계산하기 위해 사용될 수 있다.

일 응용에서, 웨브의 측정된 변형은 탄성계수를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 탄성계수는 λ = 응력/스트레인으로서 계산될 수 있다. 따라서, 알려진 힘을 사용하고 전술된 바와 같이 웨브 스트레인을 측정하여, 웨브의 탄성계수가 결정될 수 있다.

TIR 스케일 특징부는 다양한 기술에 의해 기재 내에 또는 기재 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 스케일 특징부는 주조 및 경화 공정에 의해 기재 상에 침착되거나 달리 형성될 수 있다. 대안적으로, 스케일 특징부는 엠보싱, 스크라이빙(scribing), 융제(ablating), 인쇄 또는 다른 기술에 의해 형성될 수 있다.

기재 상에 TIR 스케일을 형성하는 방법은 음각의 스케일의 TIR 스케일 특징부를 포함하는 롤러의 사용을 포함하다. 예를 들어, 롤러는 도 2f 내지 도 2g에 예시된 스케일 특징부의 음각의 패턴 또는 다른 구성을 포함할 수 있다. 종방향 및 측방향 스케일 특징부가 사용되는 경우, 롤러는 종방향 및 측방향 스케일 특징부의 동시 형성을 제공하도록 구성될 수 있다.

롤러는 기재와 접촉하거나 또는 근접하게 유지되고 회전되어 기재 상에 TIR 스케일 특징부를 형성한다. TIR 특징부를 형성하기 위해 사용되는 재료는 기재 상에 침착될 수 있고 롤러의 회전은 기재 상의 재료에 TIR 특징부를 형성한다. 대안적으로 또는 추가로, 재료는 롤러 상에 침착되고 그 다음에 롤러로부터 기재로 전달되어 특징부의 형성을 달성할 수 있다. 재료는 예를 들어 UV 또는 열경화성 재료와 같은 수지, 주조가능 중합체 또는 경화성 액체를 포함할 수 있다.

몇몇 구현예에서, 롤러는 음각의 패턴 특징부를 추가로 포함할 수 있다. 롤러가 기재와 접촉하거나 또는 근접하게 유지되어 회전될 때, 패턴 특징부는 스케일 특징부와 함께 기재의 표면에 동시에 형성된다. 다른 구현예에서, 제1 및 제2 롤러가 사용되는데, 제1 롤러는 음각의 스케일 특징부를 포함하며 제2 롤러는 음각 패턴 특징부를 갖는다. 스케일 특징부 및 패턴 특징부는 제1 및 제2 롤러를 사용하여 동시에 또는 순차적으로 기재 상에 형성될 수 있다.

또 다른 구현예에서, 제1 롤러는 기재의 표면 상에 스케일 특징부 및 제1 세트의 패턴 특징부를 형성하기 위해 사용된다. 제2 롤러는 기재의 반대 표면 상에와 같은 기재 상에 제2 세트의 패턴 특징부를 형성하기 위해 사용된다. 이 구현예에서, 스케일 특징부는 제1 세트의 패턴 특징부와 정합하여 제2 세트의 패턴 특징부의 형성을 용이하게 하도록 웨브 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

도 6은 기재 상에 TIR 스케일을 형성하기 위해 사용될 수 있는 음각의 TIR 특징부(610)를 갖는 롤러(600)의 일부분의 측면도를 도시한다. 이 롤러의 치수가 롤러의 예시를 용이하게 하기 위해 상당히 과장되었음에 주목한다. 이 예에서, TIR 특징부 피크들의 피치(p)는 약 40 ㎛이고 특징부들 사이의 거리(d)는 약 20 ㎛이지만, 피치(p) 및 거리(d)에 대해 다른 값이 사용될 수 있다.

도시되지 않았지만, 롤러(600)가 음각의 패턴 특징부를 추가로 포함할 수 있음에 주목한다. 롤러의 작동은 본 명세서에서 기재된 바와 같이 웨브 상에 스케일 및 패턴 특징부를 동시에 형성한다.

도 7은 기재(705) 상에 TIR 프리즘 특징부(720)를 포함하는 스케일(701)을 형성하는 시스템을 예시한다. 시스템은 음각의 TIR 스케일 특징부(711)를 갖는 롤러(710)를 포함한다. 롤러(710)는 기재(705)에 접촉하거나 근접할 때 회전되도록 구성된다. 롤러(710)의 회전은 기재(705) 상에 스케일의 TIR 프리즘 특징부(720)를 형성한다.

몇몇 구성에서, 경화성 재료(741)가 분배기(740)로부터 기재(705)의 표면 상으로 분배된다. 롤러(710)는 회전하여 재료(741)에 TIR 프리즘 특징부를 형성한다. 선택적으로, 시스템은 기재(705) 상의 재료(741)를 경화시키는 자외광, 열 또는 다른 경화 에너지와 같은 경화 에너지를 방출하도록 구성된 에너지원을 포함하는 경화 스테이션(750)을 포함할 수 있다.

도 8의 도면은 기재(805) 상으로 TIR 스케일(801)을 침착시키는 시스템의 대안적인 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 롤러(810)는 음각의 TIR 스케일 특징부(811)와 패턴 특징부(812) 둘 모두를 포함한다. 기재(805)와 접촉하거나 근접한 롤러(810)의 회전은 기재(805) 상에 TIR 스케일 특징부(820) 및 패턴 특징부(821)를 동시에 형성한다.

도 8에 도시된 실시예에서, TIR 프리즘(820) 및 패턴 특징부(821)는 동일한 재료(841)로 형성된다. 분배기(840)는 기재(805)의 표면 상으로 재료(841)를 분배한다. 롤러는 회전하여 재료(841)에 TIR 프리즘 특징부를 형성한다. 선택적으로, 시스템은 기재(805) 상의 재료(841)를 경화시키는 자외광, 열 또는 다른 에너지와 같은 경화 에너지를 방출하도록 구성된 에너지원을 포함하는 경화 스테이션(850)을 포함할 수 있다.

몇몇 구성에서, TIR 스케일 특징부 및 패턴 특징부를 형성하기 위해 사용되는 재료는 상이할 수 있다. 이들 구성에서, 별개의 재료 분배기 및/또는 경화 스테이션이 사용될 수 있다.

도 9는 웨브의 대향 표면들 상에 특징부를 포함하는 양면 웨브 기재(912)를 제조하는 예시적인 시스템(910)을 예시한다. 예를 들어, 스케일 및 제1 세트의 패턴 특징부는 웨브의 제1 표면 상에 형성될 수 있고, 이때 제2 세트의 패턴 특징부가 웨브의 대향 표면 상에 형성된다. 몇몇 구성에서, 시스템은 제1 및 제2 분배기(916, 920), 닙 롤러(914), 및 제1 및 제2 패턴화된 롤러(918, 924)를 포함한다. 몇몇 경우에, 제1 분배기(916)는 제1 압출 다이(916)일 수 있는 반면에 제2 분배기(920)는 제2 압출 다이(920)일 수 있다.

예시된 실시예에서, 제1 재료(922)는 제1 패턴화된 롤러(918)와 접촉하기 전에 웨브 표면 상에 배치되고, 제2 재료(928)는 제2 패턴화된 롤러(924)와 접촉하기 전에 대향 웨브 표면 상에 배치된다. 다른 실시예에서, 제1 재료는 제1 패턴화된 롤러 상에 배치되고/되거나 제2 재료는 제2 패턴화된 롤러 상에 배치된다. 이들 실시예에서, 제1 및 제2 재료는 패턴화된 롤러로부터 웨브로 전달된다.

일 구현예에서, 제1 압출 다이(916)는 제1 경화성 액체 층 코팅(922)을 웨브(912)의 제1 표면 상으로 분배한다. 닙 롤러(914)는 제1 재료(922)를 제1 패턴화된 롤러(918) 내로 가압하여 웨브의 표면 상에 특징부를 형성한다. 예를 들어, 제1 패턴화된 롤러(918)는 음각의 TIR 스케일 특징부 및 제1 세트의 패턴 특징부로 패턴화된다. 몇몇 경우에, 닙 롤러(914)는 고무가 덮인 롤러일 수 있다. 웨브가 제1 패턴화된 롤러(918)와 닙 롤러(914) 사이를 지나감에 따라, TIR 프리즘 특징부 및 제1 세트의 패턴 특징부가 웨브(912)의 제1 표면 상의 제1 재료(922)에 형성된다. 제1 재료(922)는 적합한 경화 에너지를 제공하는 에너지원(926)을 사용하여 경화된다. 몇몇 경우에, 에너지원(926)은 자외광, 예를 들어 파장이 약 200 내지 약 500 나노미터의 범위인 광을 제공할 수 있다.

제2 경화성 액체 층(928)은 제2 압출 다이(920)를 사용하여 웨브(912)의 반대면 상에 코팅된다. 제2 층(928)은 음각의 제2 세트의 패턴 특징부로 패턴화된 제2 패턴화된 롤러(924) 내로 가압된다. 웨브(912)가 제1 패턴 롤러(918)와 제2 패턴화된 롤러(924) 사이를 지나감에 따라, 제2 세트의 패턴 특징부가 제2 층(928)으로 전사된다. 경화 공정이 제2 코팅 층(928)에 대해 반복된다.

몇몇 구성에서, 웨브(912)의 제1 표면 상에 TIR 프리즘에 의해 형성된 스케일은 웨브의 대향 면들 상에 형성된 제1 및 제2 세트의 패턴 특징부들 사이의 정렬을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

도 10은 제1 및 제2 패턴화된 롤러(1044, 1046)의 확대도를 제공한다. 제1 및 제2 패턴화된 롤러(1044, 1046)는 도 9에 대하여 논의된 바와 같이 패턴화된 롤(918, 924)의 특정 실시예로서 고려될 수 있다. 제1 패턴화된 롤(1044)은 음각의 TIR 스케일 특징부(1042)와 제1 세트의 패턴 특징부 둘 모두를 포함한다. 제2 패턴 롤러(1046)는 제2 세트의 패턴 특징부(1050)를 갖는다.

웨브(1030)가 제1 패턴화된 롤러(1044) 위를 지나감에 따라, 웨브(1030)의 제1 표면(1032) 상에 침착된 제1 경화성 액체는 제1 패턴화된 롤러(1044) 상의 제1 영역(1036) 근처의 에너지원(1034)에 의해 제공된 경화 에너지에 의해 경화될 수 있다. TIR 스케일 특징부(1054) 및 제1 세트의 패턴 특징부는 웨브(1030)의 제1 면(1043) 상에 형성되고, 액체는 경화된다.

TIR 스케일 특징부(1054) 및 제1 세트의 패턴 특징부가 형성된 후에, 제2 경화성 액체(1052)가 웨브(1030)의 제2 표면(1038) 상으로 분배된다. 제2 액체(1052)가 조기에 경화되지 않는 것을 보장하기 위해, 제2 액체(1052)는 전형적으로 제1 에너지원(1034)에 의해 방출된 에너지가 제2 액체(1052)에 닿지 않도록 제1 에너지원(1034)을 위치시킴으로써 제1 에너지원(1034)으로부터 격리된다. 원한다면, 경화 에너지원(1034, 1040)은 그들의 각각의 패턴화된 롤러(1044, 1046) 내부에 위치될 수 있다.

TIR 스케일 특징부(1054) 및 제1 패턴 특징부가 형성된 후에, 웨브(1030)는 제1 롤러(1044)를 따라 이어진다. 웨브(1030)의 이동은 전술된 침착된 TIR 스케일을 사용하여 제어될 수 있다. 웨브의 이동은 웨브가 제1 및 제2 패턴화된 롤러(1044, 1046)들 사이의 갭 영역(1048) 안으로 들어갈 때까지 계속된다. 제2 액체(1052)는 그 다음에 웨브의 제2 표면 상에 배치되고 제2 패턴화된 롤러(1046)에 의해 제2 세트의 패턴 특징부로 형성된다. 제2 패턴 특징부는 제2 에너지원(1040)에 의해 방출된 경화 에너지에 의해 경화된다. 웨브(1030)가 제1 및 제2 패턴화된 롤러(1044, 1046)들 사이의 갭(1048) 안으로 지나감에 따라, 이때까지 실질적으로 경화되고 웨브(1030)에 접합된 TIR 스케일 특징부(1054) 및 제1 패턴 특징부는 웨브(1030)가 미끄러지는 것을 억제하는 한편 웨브(1030)는 갭(1048) 내로 그리고 제2 패턴화된 롤러(1046) 둘레에서 이동하기 시작한다. 이는 웨브(1030)의 대향 면(1032, 1038)들에 형성된 특징부들 사이의 정합 에러의 원인으로서의 웨브 신장 및 미끄러짐을 감소시킨다.

제1 패턴화된 롤러(1044) 상에 웨브(1030)를 지지하는 한편 제2 액체(1052)가 제2 패턴화된 롤(1046)과 접촉함으로써, 웨브(1030)의 대향 면(1032, 1038)들 상에 형성된 특징부(1054, 1056)들 사이의 정합 정도는 제1 및 제2 패턴화된 롤러(1044, 1046)의 표면들 사이의 위치 관계를 제어하는 기능을 하게 된다. 제1 및 제2 패턴화된 롤러(1044, 1046) 둘레 및 롤러들에 의해 형성된 갭(1048) 사이의 웨브의 S-랩(wrap)은 장력, 웨브 스트레인 변화, 온도, 웨브를 니핑하는 기술에 의해 야기된 미세 미끄러짐, 및 측방향 위치 제어의 영향을 최소화한다. S-랩은 웨브(1030)를 180도의 랩 각도에 걸쳐 각각의 롤과의 접촉 상태로 유지할 수 있지만, 랩 각도는 특정 요건에 따라 더 크거나 작을 수 있다. 본 발명의 실시예에 적용할 수 있는 웨브의 대향 면들 상에 특징부를 형성하는 추가의 태양이 본 명세서에 참고로 포함된 공동 소유의 미국 특허 공개 제2006/0210714호에 기술되어 있다.

몇몇 구현예에서, 이전의 제조 단계에서 형성된 TIR 스케일은 후속 제조 단계 동안 기재의 위치를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 구현예가 도 11에 도시되어 있으며, 여기서 TIR 스케일 특징부 및 패턴 특징부는 예시의 목적을 위해 크게 과장되어 있다. 제1 분배기(1101)는 투명 웨브(1105)의 표면 상으로 재료의 제1 층(1111)을 침착시킨다. 재료의 제1 층(1111)이 상부에 침착된 웨브(1105)는 음각의 TIR 스케일 특징부(1121) 및 음각의 제1 패턴 특징부(도시되지 않음)를 갖는 롤러(1120)와 접촉하게 된다. 웨브(1105)가 제1 패턴화된 롤러(1120)와 제1 닙 롤러(1125) 사이를 지나감에 따라, TIR 스케일 특징부(1126) 및 제1 패턴 특징부(도시되지 않음)가 웨브(1105) 상의 재료의 제1 층(1111)에 형성된다.

TIR 스케일 특징부(1126)를 포함하는 스케일의 형성 후에, 스케일은 후속 제조 단계 동안 웨브(1105)의 위치를 제어하기 위해 사용된다. 광원(1130)은 광(1131)을 TIR 스케일 특징부(1126)를 향해 지향시킨다. 광은 TIR 스케일 특징부(1126)에 의해 변조된다. 변조된 광은 웨브 변위를 나타내는 출력 신호를 발생시키는 광센서(1140)에 의해 감지된다. 광센서(1140)는 고려되는 패턴들에 의해 변조된 광을 평균한다. 웨브 위치 프로세서(1150)는 광센서 출력을 사용하여 웨브 위치를 결정한다. 웨브 운동 제어기(1160)는 웨브 위치 프로세서(1150)로부터의 정보를 사용하여, 제1 패턴 특징부와 제2 패턴 특징부 사이의 정렬을 용이하게 하도록 웨브(1105)의 웨브 하류방향 및/또는 웨브 횡단방향 위치를 제어한다.

후속 처리 단계에서, 제2 패턴 특징부가 웨브 상에 형성된다. 예를 들어, 제2 패턴 특징부(1176)는 TIR 스케일 요소(1126)가 형성되는 표면의 반대편의 웨브의 표면 상에 형성될 수 있다. 제2 분배기(1102)는 재료의 제2 층(1112)을 웨브(1105) 상에 침착시킨다. 재료의 제2 층(1112)이 상부에 침착된 웨브(1105)는 제2 패턴 롤러(1170)와 제2 닙 롤러(1175) 사이를 지나간다. 제2 패턴 롤러(1171)는 음각의 제2 패턴 특징부(1171)를 포함한다. 웨브(1105)가 제2 패턴 롤러(1171)와 제2 닙 롤러(1175) 사이를 지나감에 따라, 제2 패턴 특징부(1176)가 제2 재료층(1112)에 형성된다. 인코더(광원(1130), TIR 스케일(1126) 및 광센서(1140))를 포함하는 운동 제어 구성요소(180), 웨브 위치 프로세서(1150) 및 웨브 운동 제어기(1160)는 제1 패턴 특징부(도시되지 않음)와 제2 패턴 특징부(1176) 사이의 정렬을 유지한다.

본 명세서에 기술된 TIR 스케일은 기재의 양면 상에 형성된 특징부들을 위한 정렬, 웨브 장력 제어, 웨브 조향 및 향상된 전환 작업을 제공하는 인코더를 형성하기 위해 사용될 수 있다. TIR 스케일 특징부는 가요성 웨브 상에 고속으로 생성될 수 있으며, 코팅이 작용할 것을 필요로 하지 않는다. 따라서, TIR 스케일 특징부는 제2 코팅 단계 없이 특징부가 형성되자 마자 웨브 변위를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

선택적인 추가의 후속 처리 단계가 또한 이용될 수 있다. 예시적인 처리 단계는 웨브에 적용된 재료를 경화시킨 후에 웨브에 더 큰 장력을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 유사하게, 다른 예시적인 처리 단계는 적용된 특징부의 경화 후에 롤을 랩핑하는 단계를 포함할 수 있고, 그러한 랩핑은 웨브 및 그 상부에 형성된 특징부를 더 신장시키는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 선택적인 처리 단계는 특징부의 영역의 웨브 상에 가해진 불균일 응력에 의해 야기된 웨브의 임의의 수축을 최소화하기에 이로울 수 있다. 그러한 수축은 웨브 좌굴 또는 작은 주름의 형성으로 이어질 수 있으며, 전술된 것과 같은 선택적인 단계는 발생할 수도 있는 임의의 좌굴 또는 주름 형성을 최소화할 수 있다. 본 명세서를 읽은 당업자는 그러한 선택적인 처리 단계를 어떻게 실행하는지를 알 것이다.

임의의 좌굴 또는 주름 형성을 최소화하는 다른 방법은 웨브의 배면 상에서의 2차 구조물의 사용을 포함할 수 있다. 구조물의 예시적인 유형은 좌굴되려는 웨브의 경향을 보상하거나 무효로 하는 것일 것이다. 그러한 구조물의 예를 도 12에서 볼 수 있다. 도 12에서 보여지는 바와 같이, 웨브(205)는 본 명세서에서 배면 패턴 특징부(1210)로 언급되는 더 작은 구조물이 (이 예시적인 실시예에서) 측면에 위치되는 광학 스케일 특징부(215)를 포함한다.

본 명세서를 읽은 당업자는 (도 12에 예시된 바와 같은) 배면 특징부를 포함하는 그러한 웨브가 예를 들어 도 11에 대하여 논의된 예시적인 방법에 따라 제조될 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예의 전술된 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되었다. 망라하고자 하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하고자 하는 것은 아니다. 많은 변경 및 변형이 상기 교시에 비추어 가능하다. 본 발명의 범주가 이러한 상세한 설명에 의해 한정되는 것이 아니라 오히려 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 것을 의도한다.

Claims

주 표면(major surface)을 갖는 가요성 기재(flexible substrate);
상기 가요성 기재 상에 변위 스케일(displacement scale)을 형성하는 공구로서,
음각의 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 프리즘 특징부들(features)을 갖고, 상기 기재와 접촉이나 근접시 회전가능한 하나 이상의 롤러; 및
상기 기재의 종방향을 따라 서로 개별적이고 연결되지 않은(discrete and disconnected) 상기 TIR 프리즘 특징부들을 포함하는 변위 스케일이 상기 가요성 기재 상에 형성되도록 상기 롤러를 회전시키도록 구성된 구동 기구를 포함하는, 공구;
상기 TIR 프리즘 특징부들을 갖는 상기 가요성 기재를 향해서 광을 지향시키도록 구성된 광원;
상기 가요성 기재에 인접하게 배치되어, 상기 기재로부터 광을 수신하는 하나 이상의 광센서; 및
상기 기재 상의 상기 변위 스케일에 인접하고, 상기 기재와 상기 광센서 사이에 위치하며, 하나 이상의 레티클 윈도우 및 이에 인접한 하나 이상의 차광 영역을 포함하는, 레티클을 포함하고,
상기 가요성 기재가 상기 광원 및 상기 레티클에 대해서 상대적으로 이동할 수 있어서 상기 기재 상의 상기 변위 스케일 및 상기 레티클에 의해 변조된 광을 상기 광센서가 수신해서 출력 신호를 생성하고, 위치 프로세서가 상기 출력 신호를 수신해서 상기 가요성 기재의 위치를 결정하도록 구성된 시스템.
가요성 기재를 음각의 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 프리즘 특징부들(features)을 갖는 하나 이상의 롤러와 접촉하거나 근접시키는 단계;
상기 기재의 종방향을 따라 서로 개별적이고 연결되지 않은 상기 TIR 프리즘 특징부들을 포함하는 변위 스케일이 상기 가요성 기재의 표면 상에 형성되도록 상기 가요성 기재에 대해서 상기 롤러를 회전시키는 단계;
상기 기재 상의 상기 변위 스케일에 인접하고, 상기 기재와 광센서 사이에 위치하며, 하나 이상의 레티클 윈도우 및 이에 인접한 하나 이상의 차광 영역을 포함하는, 레티클을 제공하는 단계;
상기 TIR 프리즘 특징부들을 갖는 상기 가요성 기재를 향해서 광을 지향시키는 단계로서, 상기 광은 상기 TIR 프리즘 특징부들 및 상기 레티클에 의해서 변조되는 단계;
변조된 광을 하나 이상의 광센서를 통해 감지해서 출력 신호를 생성하는 단계;
위치 프로세서를 통해 상기 출력 신호를 수신하는 단계; 및
상기 가요성 기재의 위치를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 가요성 기재가 광원 및 상기 레티클에 대해서 상대적으로 이동할 수 있어서 상기 기재 상의 상기 변위 스케일 및 상기 레티클에 의해 변조된 광을 상기 광센서가 수신하는, 방법.