JP6385524B2 - 大気圧プラズマコーティング装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ装置に関し、且つ特に大気圧プラズマコーティング装置に関する。

大気圧プラズマトーチ装置は、一般的に高電位差を有する管状電極からなり、作動ガスを電離させた後にプラズマを生成し、管状電極の下方にプラズマトーチを安定的に噴出するノズルが接続される。大気圧プラズマコーティング装置は、ある大気圧で、その２つの電極の間に高圧電界を印加して、まず作動ガスをイオン化してプラズマを生成し、且つコーティング前駆体及びプラズマを混合した後に基板に堆積して成膜させる。大気圧プラズマコーティング技術で非常に高価且つメンテナンス手続きが複雑である真空プラズマコーティング技術を取り替えることができる。なお、大気圧プラズマコーティング技術の量産プロセスは、連続性があるため、真空プラズマコーティングのバッチ製造の人力コストを低減させることができる。

しかしながら、従来、大気圧プラズマコーティング技術の最大のボトルネックは、大気環境で各種のガス粒子が激しく衝突することであり、如何にコーティング前駆体とプラズマとの混合を精確に制御するかは肝心な技術となる。ある公知の技術には、コーティング前駆体を直接プラズマトーチに噴出する。しかし、このような方式により、コーティング前駆体が大気に逃げやすく、コーティング前駆体を浪費するだけでなく、コーティング前駆体とプラズマとの混合時間が短すぎて、コーティング前駆体とプラズマとの混合が不均一である問題があり、更に薄膜の品質が悪くなる。

別の公知の技術は、大気圧プラズマコーティング装置のノズルに近接する箇所又はノズル内に密閉チャンネルを設置し、また密閉チャンネルによってコーティング前駆体をプラズマ室内に注入してプラズマと混合させる。しかし、このような方式において、プラズマが反応性の高い電離ガスであり、前駆体が密閉チャンネルに滞留する時間が長すぎると過剰反応しやすくて、前駆体が密閉チャンネル内又はプラズマ室の内部に堆積しやすいので、汚染又は目詰まりを発生させる。なお、これらの汚染物は、クリーンアップしにくいだけでなく、堆積薄膜の品質に悪い影響を与える。且つ、前駆体気流をプラズマ室に注入する場合にもプラズマ気流に干渉して、更に塗布が不均一となる現象を発生させてしまう。

したがって、本発明の一目的は、ノズルが滑らかな輪郭を有し、このように、コーティング前駆体流体そのものの粘性、及びノズルから噴出した高速流動プラズマ気流により噴口の付近に形成された低圧領域に発生された吸引力によって、コーティング前駆体が順調にノズルの滑らかな輪郭に沿ってノズルの噴口に流れて噴出したプラズマと瞬間で均一に混合することができる大気圧プラズマコーティング装置を提供することにある。このため、コーティング前駆体とプラズマとの混合の均一性を効果的に向上させ、前駆体がプラズマと過剰反応して密閉チャンネルに堆積することを減少することができ、更にコーティング前駆体が大気に逃げて浪費される問題を大幅に改善することができる。

本発明の別の目的は、コーティング前駆体とプラズマとの混合をガイドする密閉チャンネルを有しないため、密閉チャンネルを利用してコーティング前駆体をプラズマ室に注入して堆積汚染を発生させて更に成膜品質に影響を及ぼす公知の技術における問題を解決することができ、塗布の均一性を向上させることができ、更にコーティング品質を高めることができる大気圧プラズマコーティング装置を提供することにある。

本発明の上記の目的によれば、大気圧プラズマコーティング装置を提供する。この大気圧プラズマコーティング装置は、管状電極及び管状電極の下に設けられ、且つプラズマを噴射するために配置され、噴口及び滑らかな輪郭を有し、且つこの滑らかな輪郭の外径が管状電極から噴口へ次第に縮小するノズルを含む大気圧プラズマ発生器と、管状電極及びノズルに隣設され、且つコーティング前駆体が滑らかな輪郭に沿って噴口の前に流れるように、ノズルの滑らかな輪郭にコーティング前駆体を噴射するために配置される少なくとも１つの前駆体フィード治具と、を備える。

本発明の一実施例によれば、上記の大気圧プラズマ発生器は、管状電極内に設けられる棒状電極を更に含む。

本発明の一実施例によれば、上記の滑らかな輪郭は、流線形輪郭である。

本発明の一実施例によれば、上記の少なくとも１つの前駆体フィード治具は、ノズル及び／又は管状電極の外に環設される複数の前駆体フィード治具を含む。

本発明の一実施例によれば、上記の前駆体フィード治具の間に同一の間隔を有する。

本発明の一実施例によれば、上記の少なくとも１つの前駆体フィード治具は、ノズル及び／又は管状電極の外に環設される環状前駆体フィード治具である。

本発明の一実施例によれば、上記の環状前駆体フィード治具は、環状流路を有する。

本発明の一実施例によれば、上記の環状流路は、ノズル及び／又は管状電極に対向する環状の開口を有する。

本発明の一実施例によれば、上記の環状流路は、ノズル及び／又は管状電極に対向する複数の開口を有する。

本発明の一実施例によれば、上記の開口の間に同一の間隔を有する。

下記図面の説明は、本発明の前記、その他の目的、特徴、メリット及び実施例をより分かりやすくするためのものである。
本発明の一実施形態による大気圧プラズマコーティング装置を示す装置模式図である。 本発明の一実施形態による大気圧プラズマコーティング装置を示す装置模式図である。

図１を参照されたい。図１は、本発明の一実施形態による大気圧プラズマコーティング装置を示す装置模式図である。本実施形態において、大気圧プラズマコーティング装置１００は、主に大気圧プラズマ発生器１１０と、少なくとも１つの前駆体フィード治具１２０と、を備えてよい。ある実施例において、大気圧プラズマ発生器１１０は、主にチャンバ１１２ａを有する管状電極１１２と、ノズル１１４と、を含んでよい。ある実施例において、大気圧プラズマ発生器１１０は、管状電極１１２のチャンバ１１２ａに設けられる棒状電極１１６を更に含む。管状電極１１２と棒状電極１１６との間に電位差を持たせるように、電源１３０の両極がそれぞれ管状電極１１２及び棒状電極１１６に電気的に接続される。別のある実施例において、大気圧プラズマ発生器１１０は、管状電極１１２の上に設けられ、管状電極１１２のチャンバ１１２ａに連通する別の管状電極を更に含み、電源１３０の両極がそれぞれ管状電極１１２及びこの別の管状電極に電気的に接続される。作動ガス１４０は、管状電極１１２のチャンバ１１２ａに導入されることができ、プラズマ１５０を生成するためのガスであってよい。

図１に示すように、ノズル１１４は、管状電極１１２の下に設けられる。ノズル１１４は、管状電極１１２のチャンバ１１２ａ内に生成したプラズマ１５０を噴射するために配置される。ノズル１１４は、噴口１１４ａを有し、プラズマ１５０の気流がノズル１１４の噴口１１４ａから噴出することができる。プラズマ１５０の気流がノズル１１４の噴口１１４ａから噴出する時に、噴口１１４ａの付近に低圧領域を形成することができる。ノズル１１４は、滑らかな輪郭１１４ｂを有する。この滑らかな輪郭１１４ｂの外径は、ノズル１１４と管状電極１１２との接合部から噴口１１４ａの方向へ次第に縮小し、即ち滑らかな輪郭１１４ｂとノズル１１４の軸心線との間の距離は、ノズル１１４と管状電極１１２との接合部から噴口１１４ａの方向へ次第に縮小する。ある実施例において、ノズル１１４の滑らかな輪郭１１４ｂは、流線形輪郭である。

前駆体フィード治具１２０は、管状電極１１２及びノズル１１４に隣設される。例えば、図１に示すように、前駆体フィード治具１２０は、管状電極１１２の外側に設けられ、且つノズル１１４の外側の上に位置する。前駆体フィード治具１２０は、コーティング前駆体１２２がノズル１１４の滑らかな輪郭１１４ｂに沿って噴口１１４ａの前に流れてプラズマ１５０と混合するように、ノズル１１４の滑らかな輪郭１１４ｂにコーティング前駆体１２２を噴射するために配置される。ある実施例において、前駆体フィード治具１２０は、ノズル１１４と管状電極１１２との接合部の付近に向かってコーティング前駆体１２２を噴射することができる。コーティング前駆体１２２は、液体、気体、霧又は粉末状の固体であってよい。前駆体フィード治具１２０は、前駆体のソースパイプラインに接続される。

本実施形態において、前駆体フィード治具１２０は、管状治具であってよく、且つその数が１つ又は複数であってよい。大気圧プラズマコーティング装置１００が複数の前駆体フィード治具１２０を含む場合、これらの前駆体フィード治具１２０は、管状電極１１２及び／又はノズル１１４の外に環設されることができる。ある実施例において、これらの前駆体フィード治具１２０の間に同一の間隔を有することができる。勿論、これらの前駆体フィード治具１２０の間に異なる間隔を有してもよい。

ノズル１１４から高速で流動するプラズマ１５０の気流を噴出する時に、噴口１１４ａの付近に低圧領域を形成し、この低圧領域によりコーティング前駆体１２２に対して吸引力を発生させることができる。したがって、前駆体フィード治具１２０がノズル１１４の滑らかな輪郭１１４ｂに向かってコーティング前駆体１２２を噴射する場合、コーティング前駆体１２２の粘性、及び噴口１１４ａの付近の低圧領域のコーティング前駆体１２２に対する吸引に加えて、ノズル１１４が滑らかな輪郭１１４ｂを有することによって、コーティング前駆体１２２は、管状電極１１２の外壁からノズル１１４の滑らかな輪郭１１４ｂに沿って噴口１１４ａの前に流れることができ、噴口１１４ａから噴出したプラズマ１５０と瞬間に混合する。このため、大気圧プラズマコーティング装置１００の応用は、コーティング前駆体１２２が大気に逃げることによる浪費及び汚染という問題を効果的に改善することができるだけでなく、更に、非常に短い時間内でコーティング前駆体１２２とプラズマ１５０との混合の均一性を向上させると同時に、前駆体１２２とプラズマ１５０とが過剰反応するという問題を避け、更にコーティングの品質を高めることができる。

図２を参照されたい。図２は、本発明の一実施形態による大気圧プラズマコーティング装置を示す装置模式図である。本実施形態の大気圧プラズマコーティング装置１００ａの構造が上記の実施形態の大気圧プラズマコーティング装置１００の構造とほぼ同じであるが、両者の間の相違点は、大気圧プラズマコーティング装置１００ａが環状前駆体フィード治具である単一の前駆体フィード治具１６０を備えることにある。大気圧プラズマコーティング装置１００ａにおいて、大気圧プラズマ発生器１１０は、環状の前駆体フィード治具１６０の中を穿設され、且つ前駆体フィード治具１６０がノズル１１４及び／又は管状電極１１２の外に環設されることができる。例えば、前駆体フィード治具１６０は、管状電極１１２の外壁の外に環設される。前駆体フィード治具１６０は、前駆体のソースパイプラインに接続される。

ある実施例において、環状の前駆体フィード治具１６０は、１つの環状の開口１６４を含む環状流路１６２を有し、当該開口１６４がノズル１１４及び／又は管状電極１１２に対向し、ノズル１１４及び／又は管状電極１１２に向かってコーティング前駆体１２２を噴射することに寄与する。例えば、図２に示すように、前駆体フィード治具１６０の環状の開口１６４は、管状電極１１２の外壁に対向する。別の実施例において、前駆体フィード治具１６０は、複数の開口１６４を含む環状流路１６２を有し、当該開口１６４がノズル１１４及び／又は管状電極１１２に対向する。これらの開口１６４は、ノズル１１４及び／又は管状電極１１２の外に環設され、且つこれらの開口１６４の間に同一の間隔又は異なる間隔を有してもよい。

上記の実施形態から分かるように、本発明の１つのメリットは、本発明の大気圧プラズマコーティング装置のノズルが滑らかな輪郭を有し、このように、コーティング前駆体流体そのものの粘性、及びノズルから噴出した高速流動プラズマ気流により噴口の付近に形成された低圧領域に発生された吸引力によって、コーティング前駆体が順調にノズルの滑らかな輪郭に沿ってノズルの噴口に流れて噴出したプラズマと瞬間で均一に混合することができることである。このため、コーティング前駆体とプラズマとの混合の均一性を瞬間で効果的に向上させ、前駆体とプラズマとの過剰反応を避けることができるだけでなく、コーティング前駆体が大気に逃げて浪費される問題を大幅に改善することができる。

上記の実施形態から分かるように、本発明の別のメリットは、本発明の大気圧プラズマコーティング装置がコーティング前駆体とプラズマとの混合をガイドする密閉チャンネルを有しないため、密閉チャンネルを利用してコーティング前駆体をプラズマ室に注入して堆積汚染を発生させて更に成膜品質に影響を及ぼす公知の技術における問題を解決することができ、塗布の均一性を向上させることができ、更にコーティング品質を高めることができることである。

本発明を実施例により前述の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

１００，１００ａ 大気圧プラズマコーティング装置、１１０ 大気圧プラズマ発生器、１１２ 管状電極、１１２ａ チャンバ、１１４ ノズル、１１４ａ 噴口、１１４ｂ 滑らかな輪郭、１１６ 棒状電極、１２０，１６０ 前駆体フィード治具、１２２ コーティング前駆体、１３０ 電源、１４０ 作動ガス、１５０ プラズマ、１６２ 環状流路、１６４ 開口。

Claims (10)

1. 管状電極と、前記管状電極の下に設けられ、且つプラズマを噴射するために配置されるノズルであって、噴口及び滑らかな輪郭を有し、前記噴口が前記ノズルの底部に配置され、前記滑らかな輪郭の外径が前記管状電極から前記噴口へ次第に縮小するノズルと、を含む大気圧プラズマ発生器と、
   前記管状電極及び前記ノズルに隣設され、且つコーティング前駆体が前記滑らかな輪郭に沿って前記噴口の前に流れるように、前記ノズルの前記滑らかな輪郭にコーティング前駆体を噴射するように構成される少なくとも１つの前駆体フィード治具であって、少なくとも１つの開口を有し、前記少なくとも１つの開口は前記ノズルの最上部より上に配置される前駆体フィード冶具と、
   を備える大気圧プラズマコーティング装置。
2. 前記大気圧プラズマ発生器は、前記管状電極内に設けられる棒状電極を更に含む請求項１に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
3. 前記滑らかな輪郭は、流線形輪郭である請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
4. 前記少なくとも１つの前駆体フィード治具は、前記管状電極の外に環設される複数の前駆体フィード治具を含む請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
5. 前記前駆体フィード治具の間に同一の間隔を有する請求項４に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
6. 前記少なくとも１つの前駆体フィード治具は、前記管状電極の外に環設される環状前駆体フィード治具である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
7. 前記環状前駆体フィード治具は、環状流路を有する請求項６に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
8. 前記少なくとも１つの開口は環状の開口であり、前記環状の開口は前記管状電極に対向して位置する請求項７に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
9. 前記少なくとも１つの開口は複数の開口から成り、前記複数の開口は前記管状電極に対向して位置する請求項７に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
10. 前記複数の開口の間に同じ間隔を有する請求項９に記載の大気圧プラズマコーティング装置。
    

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