KR101309044B1 - 나노 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 코팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 액상의 유기물에 기포를 발생시켜 기화되는 용제가 기판표면에 흡착하면서 코팅을 하고 쉐도우 마스크를 통해 선택적인 코팅을 할 수 있는 나노 코팅장치에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 코팅하고자 하는 유기용제가 공급되고 액상의 유기물이 기화되는 약액기포발생기; 상기 유기물의 용해제를 기화시켜 상기 약액기포발생기로 공급하는 용해제기포발생기; 상기 약액기포발생기로부터 기화된 유기용제를 코팅하고자 하는 기판에 분사시키는 노즐; 상기 노즐 주위에는 노즐로부터 분사되어 기판에 증착되고 남은 유기용제 잔여량을 진공압으로 흡입하여 회수하는 회수장치로 구성된다.

Description

나노 코팅장치 {Nano coating apparatus}

본 발명은 나노 코팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 액상의 유기물에 기포를 발생시켜 기화되는 용제가 기판표면에 흡착하면서 코팅을 하고 쉐도우 마스크를 통해 선택적인 코팅을 할 수 있는 나노 코팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 기판에 코팅을 하는 방법으로 스핀, 스프레이 등의 전통 방식이 있으나 두께가 한계가 있고 스핀방식의 경우 유기물 소모량이 많고 또한 대면적에서는 사용하기 어려운 공정이다. 이러한 부분 때문에 진공 증착이라는 방식이 사용되고 있다. 초미세 공정이 필요한 반도체,LCD, OLED등에서는 100nm 이하 공정들이 필요하다. 이를 위해 진공 증착이라는 방식을 통해 나노두께 공정을 하고 있다.

종래 기술을 살펴보면 스핀의 경우 액을 용제(신나, 톨루엔 등: 휘발성)의 점도를 이용하여 알맞은 회전수에 따른 원심력을 이용하여 퍼트리는 코팅 방식이며, 이 경우는 대면적의 경우 원심력이 강한 외곽과 중심 사이의 편차가 심하고, 기계적인 부분에서도 한계가 발생한다. 또한 나노 두께를 하기 위해서는 용제를 많이 희석하고 고속으로 회전을 해야 한다.

스프레이방식의 경우 사용은 편리하나 스프레이 되어 나오는 용제가 나노 입자로 균일하게 도포되어야 하는데, 입자의 크기와 비산되는 문제로 균일성 확보가 어렵다.

슬릿코터 방식의 경우 용제의 액상으로 점도가 너무 낮으면 균일성 있게 토출되는 액의 커튼 현상처럼 덥는 코팅의 방식을 구현하기 어려운 것이 현실이다.

증착장비에 있어서 소오스는 시간과 분량에 따라서 개별적으로 정확히 조절될 수 있으나 소오스로부터의 이동이 승화원리를 이용하지 않고 증발원리를 이용한다. 이들 증작장비에 있어서 코팅방법은 화학반응에 이른다. 이들 방법과 장치는 일반적으로 평면상이고 변화하지 않는 구조의 기재를 코팅하는데 이용되며 진공과 고온 공정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 용제를 기화시켜 기화된 용제에 미세하게 함유되어 있는 액상의 물질을 기판에 흡착시키는 나노 코팅장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 대면적의 코팅 공정을 위해 균일성 확보를 하여 저가형 공정을 제공하기 위한 목적에 기초하고 있으며, 상온, 상압 상태에서 나노 두께의 코팅을 하기 위한 나노 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 잇다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 코팅하고자 하는 유기용제가 공급되고 액상의 유기물이 기화되는 약액기포발생기; 상기 유기물의 용해제를 기화시켜 상기 약액기포발생기로 공급하는 용해제기포발생기; 상기 약액기포발생기로부터 기화된 유기용제를 코팅하고자 하는 기판에 분사시키는 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 노즐 주위에는 노즐로부터 분사되어 기판에 증착되고 남은 유기용제 잔여량을 진공압으로 흡입하여 회수하는 회수장치가 더 설치된다.

바람직하게, 상기 약액기포발생기는 유기용제가 공급되는 공급관과 기화된 유기용제가 상기 노즐로 이송되는 이송관이 연결되며 하부에 액상의 유기용제가 기화될 수 있도록 다수개의 홀이 형성된 유기용제튜브가 설치된다.

바람직하게, 상기 약액기포발생기는 기화된 유기용제가 비산되는 것이 방지되도록 내부에 비산방지막이 구비된다.

바람직하게, 상기 용해제기포발생기는 내부에 액상의 용해제가 공급되어 있고, 용해제가 기화될 수 있도록 다수개의 홀을 갖는 용해제튜브가 설치되어 있으며, 기화된 용해제는 상기 유기용제튜브로 공급되도록 연결되어 있으며, 그 용해제튜브에 불활성가스가 일정한 압력으로 공급되어 노즐까지 그 압력을 유지토록 구성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 노즐에 의한 연속적으로 또는 부분적으로 도포를 진행 할 수 있으며, 상온 상압 조건에서 나노두께의 코팅을 진행 할 수 있다. 이 방식은 대형 사이즈의 코팅도 쉽게 가능하며, 기존 코팅 방식의 비해 제작비가 절감되며, OLED의 고가 유기소재의 사용량을 절감 할 수 있게 된다

(2) 본 장치는 평면 뿐 아니라 롤 형태의 플렉서블의 연속공정의 도포 공정에 사용이 가능하다. (도 5참조)

(3) 또한 유리 기판뿐 아니라 일반 수지필름에도 사용이 가능하다. 일반 액상도포의 경우 유기성분이 장기간 표면에 접촉이 되어 휘발성분에 의해 녹거나 일그러짐 현상이 있으나 본 발명은 적은 시간 도포되어 건조되는 상태로 필름의 조건에서도 유리한 장점을 가지고 있다.

(4) 쉐도우 마스크를 사용하여 코팅하는 경우에 쉐도우 마스크를 상대적으로 작게 제작하여 사용할 수 있기 때문에 대면적의 기판에 동일한 패턴의 코팅을 할 수 있어 대면적에 대한 코팅 시 발생될 수 있는 처짐의 발생을 최소화할 수 있다. 또한 쉐도우 마스크의 크기가 작기 때문에 교환이 매우 용이하게 이루어진다. 더불어 대면적 쉐도우 마스크를 제작할 필요가 없기 때문에 제작비 절감 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 나노 코팅장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 나노 코팅장치의 설명의 편의를 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 나노 코팅장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 나노 코팅장치의 다른 실시예로서 상방으로 노즐이 설치된 경우를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 나노 코팅장치의 또 다른 실시예로서 롤 형태의 플렉서블한 연속공정이 가능한 것을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 나노 코팅장치에 쉐도우 마스크를 설치한 상태의 단면도이다.
도 7과 도 8은 본 발명에 의한 나노 코팅 장치에 쉐도우 마스크를 설치하고 작업 후의 사시도로서, 서로 다른 타입의 쉐도우 마스크를 설치하고 작업한 것을 각각 보여준다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나노 코팅장치는 설정된 방향으로 이동하는 기판(10)을 지지하며 이동시키는 스테이지(100)와, 상기 기판(10) 상에 유기용제를 도포하는 노즐(110) 및 기화된 유기용제가 이송되는 이송관(130), 액상의 유기물을 기화시키는 약액기포발생기(140) 및 액상 유기물에 희석된 용해제를 제공하는 용해제기포발생기(150)로 크게 구성된다. 또한 노즐(110)에 의해 분사되어 코팅되고 남은 잔여량을 진공압으로 회수하는 회수장치(120)도 구비한다.

상기 기포 발생을 위해 투입되는 가스는 불활성 가스(질소, 헬륨, 아르곤 등)가 투입되며, 이 가스는 튜브(유기용제튜브, 용해제튜브)(142, 152) 또는 가공물로 메인 경로 끝이 막혀 있고 경로로 주변에 많은 수의 미세한 홀(142a, 152a)을 갖고 있으며, 이 홀들(142a, 152a)을 통해 미세한 기포들이 생기고 이 기포들은 기본적으로 액상표면에서 증기처럼 발생하게 된다. 이 증기는 미세하지만 액상에 녹아 있는 유기물을 포함하고 있고, 불활성 가스의 투입 압력으로 노즐(110)까지 도달 할 수가 있다. 약액기포발생기(140)의 유기용제튜브(142)에서 발생되는 기포는 액상에 포함된 유기물질의 비율보다 적은 양이 기화되므로 계속 사용 시에 액상의 농도가 점점 짙어진다. 이를 방지하기 위해 전단에 유기물 액상의 용해제와 같은 용해제를 저장하는 용해제기포발생기(150)에 같은 방식의 용해제튜브(152)을 두어 초기에 불활성 가스 투입 후 약액기포발생기(140)에 투입되는 가스는 불활성 가스와 용해제가 포함되어 투입되므로 유기용제튜브(142)와 용해제튜브(152)의 관로 면적과 발생 면적이 같거나 유로 손실을 고려 용해제튜브(152)의 면적을 약간 크게 제작하면 일정한 부분의 농도를 유지 할 수 있게 되어 균일한 코팅 능력을 갖게 할 수 있다.

이와 같이, 발생된 유기물 증기는 노즐(110)로 전달되는데 비산방지막(141)을 거치면서 관 경로를 좁혀 지나 가면서 확산되는 역할을 하게 되고 한쪽 방향으로 집중되어 노즐(110)로 이동되는 것을 방지 하게 된다. 또한 수용성이 아닌 일정부분 점성을 갖는 유기물의 경우 미세한 홀이라도 끓어 올라오는 현상이 생길 수 있고 이를 방지하기 위해 미세 돌기가 형성된 표면에서 터지도록 하여 액상형태로 노즐(110)로 이동되는 것을 방지하게 하는 역할을 한다. 같은 이유로 용해제기포발생기(150)에도 비산 방지막(151)을 설치할 수 있다.

약액기포발생기(140)에서 기화된 유기용제 증기는 노즐(110)로 이동되어 노즐 선단으로 배출된다. 노즐(110)은 내부에서 좁아지는 형태이며, 두 개의 조립되는 노즐의 양단 경사도가 서로 다르게 구성되는 특징으로 보다 균일성 있는 선단 배출 특성을 가질 수 있다. 노즐 선단의 갭은 노즐의 갭 조정부에 의해 조정되며, 0.1mm에서 수 밀리까지 조절이 가능하다.

기판(10)에 흡착되고 튕겨 나오는 증기의 경우 배출이 필요하며, 노즐(110)을 둘레로 회수장치(120)를 통해 배출된다. 이를 위한 진공 가이드(121)는 노즐 선단과 간격을 유지 및 속도와 비산 정도에 따라 조절할 필요가 있다. 회수장치(120)는 노즐(110) 외면과 일정간격으로 설치된 진공 가이드(121)에 의해 형성되는 흡입통로(121a)와 이로부터 흡입된 잔여량이 이송되는 배출구(122)로 이루어진다. 즉 진공압에 의해 도포되고 남아 튀어 나오는 잔여량은 흡입통로(121a)로 흡입된 다음 진공 가이드(121)의 안내를 받아 이송되어 배출구(122)를 통해 배출되는 것이다.

또한 기판(10)을 흡착하는 기판 플레이트는 가열 또는 냉각을 사용할 수 있다. 기본적으로는 기포발생부터 도포까지의 경로에 진공이나 열을 가하지 않는 방식으로 결로를 최소화하여 발생된 기포의 응축과 결집, 관로 내에 흡착되지 않는 일체형의 구조를 특징으로 한다. 기화량을 증가하기 위해 열을 가함으로 생기는 관로 표면 내 흡착하여 굳어지는 현상을 방지하고 관로가 길어지면서 기화된 증기가 서로 응집하여 입자가 커지는 것을 방지하고자 최소화된 경로를 가지고 상온상압에서 유리한 구조를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

냉각 플레이트의 경우 기판 표면에 유기물의 응축효과를 극대화 시켜 흡착에 유리한 면이 있고 특히 점착성이 적은 유기용제나 수용성 용제에 유리하며, 가열 플레이트의 경우 도포 되는 용제를 기판 표면에서 휘발성분을 빨리 제거 함으로 입자 형태로 도포 하는데 유리하며, 특히 나노 금속 분말의 표면 흡착을 하여 입자들이 소성공정을 통해 금속 배선을 형성할 수가 있게 할 수 있어, 본 발명은 유기물의 도포와 수요성 및 금속 나노 분말이 희석된 액상 공정에서도 다양한 응용이 가능한 특징을 가지고 있다.

유기용제튜브(142)에서 사용되는 유기물은 사용 시간에 따라 소모되면 유기용제 공급관(160)를 통해 계속 보충이 되어 연속 사용이 가능해진다.

동작을 간략하게 설명하면, 용해제기포발생기(150)에서 불활성 가스가 관로(180)를 통해 용해제튜브(152)로 공급되어 용해제와 함께 기화된다. 이것은 관로(170)를 통하여 유기용제기포발생기(140)의 튜브(142)로 공급된다. 여기서 유기용제는 기화되면서 이송관(130)으로 이송된다. 동시에 유기용제가 농도를 유지하기 위하여 관로(160)를 통해 공급된다. 기화된 유기용제는 이송관(130)을 통과한 다음 노즐(110)을 통해 기판(10)에 도포된다. 도포 시 발생되는 잔여량은 회수장치(120)의 진공압에 의해 회수된다. 도포 시에는 스테이지(100)가 이동되면서 도포되는 기판(10)의 위치를 결정하게 된다. 물론 쉐도우마스크 등을 설치하여 부분적으로 원하는 스타일로 도포할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 노즐(210)이 하방이 아닌 상방으로 세워져 있는 상태로 장치가 구성된 것이다. 물론 이송관(230), 유기용제기포발생기(240), 그리고 용해제기포발생기(250)는 전번 실시예와 같이 구성되어 있고, 노즐(210) 주위에 진공압을 이용하는 회수장치(220)도 설치되어 있는 것은 같다. 다만 노즐(210)이 상방으로 분사할 수 있도록 세워져 있고, 그 상부에 기판(10)과 스테이지(200)가 설치된 것이 다른 점이다. 이렇게 구성하여 사용할 수 있음을 보여주는 것이다.

또, 도 5를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 장치는 기판(10)이 스테이지 대신 롤(300) 형태로 되어 있는 경우도 적용할 수 있음을 보여주는 것이다. 도 5를 참고하면, 노즐(310)은 수평으로 설치되어 있고, 노즐(310) 주위의 회수장치(320), 이송관(330), 유기용제기포발생기(340), 그리고 용해제기포발생기(350)도 전번 실시예와 마찬가지로 설치되어 있다. 다만 노즐(310)이 수평으로 뉘어져 설치되어 있고, 그 노즐(310) 앞에는 회전되는 롤(300)에 기판(10)이 연속적으로 지나가도록 설계되어 있는 점이 다른 점이다. 물론 그 코팅하는 동작은 전술한 실시예와 마찬가지로 동일한 방법으로 구현된다.

한편, 도 6을 참고하면, 쉐도우 마스크가 설치되어 있는 상태의 나노 코팅장치 단면도를 보여준다. 도시된 바와 같이 노즐(110) 앞에 쉐도우 마스크(400)가 설치되어 있다. 쉐도우 마스크(400)는 설치와 제거가 매우 용이하게 되어 있는 구조이기 때문에 패턴에 따른 쉐도우 마스크(400)를 정하여 사용한 다음, 다른 패턴의 쉐도우 마스크로 간단히 교체할 수 있다. 도 7과 도 8을 보면, 기판(10)에 코팅된 패턴(10a, 10b)과 그러한 패턴(10a, 10b)을 코팅하기 위한 쉐도우 마스크(400)를 함께 보여주고 있다. 도 7을 참고하면, 노즐(110)에 끼워지기 때문에 쉐도우 마스크(400)도 긴 모양으로 형성되어 있다. 또한 패턴(10a, 10b)에 따라 구멍(400a)이 형성되어 그 구멍(400a)이 형성된 부분만 통하여 유기용제가 코팅되기 때문에 도 7과 같은 모양의 패턴 코팅이 가능하다.

도 8을 참고하면, 도 7과 같으나 작은 줄 모양의 패턴(10b)을 코팅하기 위한 쉐도우 마스크(400)가 설치되어 사용되는 것을 알 수 있다. 즉 쉐도우 마스크(400)가 설치된 상태에서 스테이지(100)가 움직이면 도 8의 기판(10) 상에 코팅된 패턴(10b) 모양으로 코팅이 이루어진다. 즉 쉐도우 마스크(400)의 구멍들(400b)로만 유기용제가 공급되는 상태에서 기판(10)이 노즐(110) 하부를 동일한 속도로 진행하게 되면 그와 같은 패턴(10b)의 코팅이 이루어진다.

이렇게 됨으로써, 대면적의 기판에 동일한 패턴의 코팅을 할 수 있기 때문에 대면적에 대한 코팅 시 발생될 수 있는 처짐의 발생을 최소화할 수 있다. 또한 그 크기가 작기 때문에 교환이 매우 용이하게 이루어진다. 더불어 대면적 쉐도우 마스크를 제작할 필요가 없기 때문에 제작비 절감 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 기판 100 : 스테이지
110 : 노즐 120 : 회수장치
130 : 이송관 140 : 유기용제기포발생기
142 : 유기용제튜브 150 : 용해제기포발생기
152 : 용해제기포발생기

Claims (6)

1. 코팅하고자 하는 유기용제가 공급되고 액상의 유기물이 기화되는 약액기포발생기;
   상기 유기물의 용해제를 기화시켜 상기 약액기포발생기로 공급하는 용해제기포발생기;
   상기 약액기포발생기로부터 기화된 유기용제를 코팅하고자 하는 기판에 분사시키는 노즐;
   상기 노즐로부터 분사되어 기판에 증착되고 남은 유기용제 잔여량을 진공압으로 흡입하여 회수하는 회수장치;
   를 포함하고,
   상기 약액기포발생기는 유기용제가 공급되는 공급관과 기화된 유기용제가 상기 노즐로 이송되는 이송관이 연결되며 하부에 액상의 유기용제가 기화될 수 있도록 다수개의 홀이 형성된 유기용제튜브가 설치되며,
   상기 용해제기포발생기는 내부에 액상의 용해제가 공급되어 있고, 용해제가 기화될 수 있도록 다수개의 홀을 갖는 용해제튜브가 설치되어 있으며, 기화된 용해제는 상기 유기용제튜브로 공급되도록 연결되어 있으며, 그 용해제튜브에 불활성가스가 일정한 압력으로 공급되어 노즐까지 그 압력을 유지토록 구성된 것을 특징으로 하는 나노 코팅장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 약액기포발생기는 기화된 유기용제가 비산되는 것이 방지되도록 내부에 비산방지막이 구비된 것을 특징으로 하는 나노 코팅장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 노즐에는 상기 노즐에서 분사되는 유기용제가 기판에 패턴을 형성할 수 있도록 구성된 쉐도우 마스크가 설치된 것을 특징으로 하는 나노 코팅장치.

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