KR101506456B1 - 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노즐이 기판의 이송방향을 따라 기판의 이송속도와 동일한 속도로 움직이며 유체를 분사함으로써 상대적으로 기판이 정지한 상태에서 기판을 코팅하는 것과 실질적으로 동일한 상황을 구현할 수 있는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에 관한 것이며, 이송방향을 따라 연속적으로 이송되는 기판을 코팅하는 코팅 시스템에 있어서, 상기 기판의 이송방향을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 가이드부; 상기 가이드부를 따라 이동가능하며 상기 가이드부를 따라 이동함과 동시에 상기 기판의 이송방향 또는 상기 기판의 이송방향의 반대방향으로 이동가능하게 마련되어 상기 기판을 향하여 유체를 분사하는 노즐부;를 포함하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템이 제공된다.

Description

균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템{COATING SYSTEM CAPABLE OF UNIFORM COATING}
본 발명은 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 이송속도에 대응하여 유체를 분사하는 노즐의 속도를 조절함으로써 기판 상에 유체를 균일하게 코팅할 수 있는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에 관한 것이다.
자동차, 건축 등의 전통적인 산업 분야뿐만 아니라 디스플레이, 태양전지 등의 제조공정에서도 코팅 공정은 필수적이다. 특히 유기태양전지 및 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes : OLED) 등의 디스플레이 제조시에는 수십에서 수백 나노미터 두께의 정밀한 코팅이 요구된다. .
최근에는 터치스크린의 응용이 확대되면서 스마트폰, 테블릿, 노트북 컴퓨터 등의 터치윈도우 표면에 적용되는 방오코팅(Anti-Fingerprint Coating) 또는 반반사코팅(Anti-Reflecting Coating) 등이 기존의 진공공정이 아닌 습식공정을 이용한 코팅으로 전환되고 있다.
먼저, 코팅면의 거칠기 및 균일도를 향상시키는 것이 하나의 중요한 과제이며, 기판이 소정 위치에 정지된 상태에서 코팅을 수행하는 경우에는 큰 문제가 없으나, 기판을 이송하는 동안 코팅을 수행하는 경우, 기판의 이송속도에 따라 코팅면의 거칠기 및 균일도가 떨어질 수 있는 문제가 있다.
또한, 초미세 액적을 이용할 수 있어야 하며, 생산성 관점에서 대량의 액을 빠르게 코팅할 수 있어야 한다. 기존의 스프레이 코팅을 위해 액체를 미립화하는 기술을 압력 에너지, 기체 에너지, 원심력 에너지, 역학적 에너지 및 전기 에너지를 이용하는 방법으로 크게 구분할 수 있다.
여기서, 압력 에너지를 이용하는 방법은 압력 분사 밸브를 사용하는 방법으로서 미립화 하고자 하는 액체를 단공 또는 다공분사노즐, 와류분사밸브(심플렉스, 듀플렉스, 듀얼오리피스, 환류식 등)를 통과시켜 스프레이를 생성한다. 주로 가스 터빈 연소기에 주입되는 액체연료를 분무하기 위하여 이용되는 방법으로서 대략 20~250 범위의 큰 액적을 무작위하게 생성한다. 따라서, 압력 에너지를 이용하는 방법은 정교한 코팅 기술에 적용하기에는 어렵다는 문제가 발생한다.
또한, 휠 아토마이저 또는 회전컵 아토마이저를 이용하는 원심력 에너지를 이용하는 방법은 10~200 범위의 액적을 무작위로 생성하는 방법으로 주로 세척, 농업 분야에 주로 사용된다. 이 방법은 중심부를 코팅하지 못하므로 균일한 코팅 기술에 적용하기에는 어렵다는 문제가 발생한다.
한편, 기체 에너지를 이용하는 방법으로 이유체 분사밸브를 이용하여 저속, 저압 상태의 다량의 기체를 주입되는 액체의 제트에 분사하여 미립화하는 기체충돌 아토마이저와 고속 상태의 소량의 기체를 액체제트에 분사하는 기체보조 아토마이저방법이 있다. 이 방법은 박막 습식 코팅에 주로 사용되나, 미립화한 액적의 크기가 15~200로 무작위하게 생성되어 정밀한 박막 코팅을 형성하기 어려우며, 코팅면에 얼룩이 발생하고, 기체를 고속으로 분사시 강한 유속이 미립화한 액적을을 기판에 충돌시켜 되튀김 현상을 발생시킨다. 또한, 기판을 벗어나는 코팅액이 과다하여 고가의 코팅액이 낭비되어 제조비가 증가하며, 사용할 수 있는 액체의 점도가 50cp 이하로 매우 제한적이어서, 기능성 재료를 개발하거나 적용함에 있어 코팅 기술의 한계 때문에 다양하게 개발하기가 어려운 문제점이 발생한다.
또한, 역학적 에너지를 이용하는 방법으로는 액체에 압전작동기 등을 이용한 고주파의 신호를 인가하여 액체를 미립화하여 분사하는 초음파 스프레이 기술이 대표적이다. 이는 기체 에너지를 이용하는 방법보다 액적을 더 미립화할 수 있으나 1 내지 200 범위의 액적을 무작위하게 생성하여 액적 크기의 균일성을 확보하기 어려우며, 액적의 분사양에 대한 제한이 있어 대량생산 공정에 활용하기 어렵다는 문제점이 발생한다.
한편, 전기 에너지를 이용하는 방법으로 강한 전기장으로 액적을 끌여 당겨 미립화시키는 전기 분무 방법이 있다. 수백 nm ~ 5 ㎜ 범위까지 미세하고 균일한 액적을 생산할 수 있다는 장점이 있으나 최소한 액체 전기전도도가 10-4 S/m 이어야 하는 한계가 있고, 분무되는 액체의 양이 10-10 내지 10-9 m3/sec으로 매우 제한적이라 대량생산 공정에 적용되기 어려운 한계가 있다.
더 나아가, 기판을 향하여 분무되는 액적의 성질, 기판의 상태에 따라 분무되는 액적들이 기판에 균일하게 탄착되지 못한다는 문제점도 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노즐이 기판의 이송방향을 따라 기판의 이송속도와 동일한 속도의 추가적인 움직임을 가짐으로써 상대적으로 정지된 상태의 기판을 코팅하는 효과를 가질 수 있는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 제공함에 있다.
또한, 복수개의 노즐의 배열 상태를 변경가능하게 마련함으로써 코팅면의 코팅밀도를 사용자의 필요에 따라 다양하게 선택할 수 있는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 이송방향을 따라 연속적으로 이송되는 기판을 코팅하는 코팅 시스템에 있어서, 상기 기판의 이송방향을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 가이드부; 상기 가이드부를 따라 이동가능하며 상기 가이드부를 따라 이동하는 동안 상기 기판의 이송방향 또는 상기 기판의 이송방향의 반대방향으로 이동가능하게 마련되어 상기 기판을 향하여 유체를 분사하는 노즐부;를 포함하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 노즐부는, 상기 가이드부를 따라 이동가능하게 마련되는 제1 운동부; 상기 제1 운동부와 연결되되 상기 기판의 이송방향 또는 상기 기판의 이송방향의 반대방향으로 이동가능하게 마련되며 복수개의 노즐이 장착되는 제2 운동부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 운동부는 상기 제1 운동부가 상기 가이드부를 따라 이동하는 동안, 상기 기판의 이송속도와 동일한 속도로 상기 기판의 이송방향을 따라 이동하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 노즐은 일방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 노즐은 각각의 노즐로부터 분사되는 유체가 기판상에 중첩 또는 분산되어 착탄되도록 상기 제2 운동부 상에서 회전가능하게 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 노즐은 상기 기판의 이송경로와 나란한 방향으로 배치되어 상기 기판상에 코팅되는 코팅면의 밀도를 감소시키거나, 상기 기판의 이송경로와 수직한 방향으로 배치되어 상기 기판상에 코팅되는 코팅면의 밀도를 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가이드부와 상기 노즐부 사이에 마련되어, 상기 노즐부를 상기 기판에 근접하거나 멀어지는 방향으로 운동시키는 높이조절부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 노즐은, 기체와의 충돌에 의해 1차적으로 미립화된 액체를 분사하는 스프레이 노즐; 상기 스프레이 노즐로부터 분사되는 유체가 전하를 포함하도록 상기 스프레이 노즐에 전압을 인가하며, 상기 스프레이 노즐에 인가된 전압에 의해 상기 기판과 상기 스프레이 노즐 사이에 전기장을 발생시켜 상기 스프레이 노즐로부터 분사되는 유체를 2차적으로 미립화하는 전압 인가부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스프레이 노즐은, 액체를 분사하는 액체 분사부; 기체를 분사하며, 상기 액체의 분사경로 상에서 상기 기체를 잉크와 충돌시켜 상기 액체를 1차적으로 미립화시키는 기체분사부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기체는 상기 액체의 이동경로와 수직으로 충돌하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스프레이 노즐은, 상기 액체 분사부 및 상기 기체 분사부를 내부에 수용하며, 상기 기체 분사부로부터 분사되는 기체가 상기 기체의 분사경로 상에서 상기 액체와 충돌하도록 기체의 유동방향을 안내하는 기체 유로가 형성된 케이스를 더 포함하며, 상기 케이스의 내부에서 상기 액체와 상기 기체가 충돌하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기판상에 코팅되는 코팅면의 코팅 균일도 및 코팅 밀도 중 적어도 어느 하나를 용이하게 조절할 수 있는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템이 제공된다.
또한, 스프레이 노즐로부터 분사되는 유체를 균일하게 미립화시킬 수 있고, 분사되는 유체의 양도 종래보다 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 스프레이 노즐에 인가되는 전압에 따라 스프레이 노즐과 기판 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 유체의 착탄율 및 유체의 미립화율을 최적화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 3은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 4는 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부를 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 5는 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 높이조절부를 개략적으로 도시한 측면도이고,
도 6은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부의 운동을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 7은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부에 의한 코팅 경로를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 8은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 통해 코팅된 기판을 개략적으로 도시한 측면도이고,
도 9 및 도 10은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 회전부재의 회전을 통해 코팅밀도를 조절하는 모습을 개략적으로 도시한 평면도이고,
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이고,도 2는 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템(100)은 노즐이 기판의 이송방향을 따라 기판의 이송속도와 동일한 속도로 움직이며 유체를 분사함으로써 상대적으로 기판이 정지한 상태에서 기판을 코팅하는 것과 실질적으로 동일한 상황을 구현할 수 있는 것으로서, 가이드부(110)와 노즐부(120)와 높이조절부(150)를 포함한다.
상기 가이드부(110)는 기판(S)의 이송방향을 가로지르는 방향으로 연장되는 부재로써, 기판(S)의 상측에 배치되어 후술할 노즐부(120)가 이송되는 경로를 안내하는 부재이다.
여기서, 기판(S)의 이송방향을 가로지르는 방향으로 연장된다는 것은, 기판(S)의 이송방향과 수직을 형성하며 연장되거나 또는 기판(S)의 이송방향과 사선방향으로 연장되는 것을 포함한다. 다만, 본 발명의 일실시예에서 가이드부(110)는 기판(S)의 이송방향과 수직을 형성하도록 마련된다.
또한, 가이드부(110)는 기판(S)의 이송방향을 따라 서로 이격되게 마련되고, 각각의 가이드부(110)마다 별도의 노즐부(120)가 장착될 수 있다.
도 3은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 노즐부(120)는 가이드부(110)를 따라 이동가능하게 마련되고, 또한, 가이드부(110)를 따라 이동하는 동안 기판(S)의 이송방향 또는 기판(S)의 이송방향의 반대방향으로 이동가능하게 마련되어 기판(S)을 향하여 유체를 분사하는 것으로, 제1 운동부(130)와 제2 운동부(140)와 높이조절부(150)를 포함한다.
상기 제1 운동부(130)는 가이드부(110) 상에 장착되어 가이드부(110)를 따라 이동가능하게 마련되는 것이다.
즉, 제1 운동부(130)는 노즐부(120)가 가이드부(110)를 따라 움직일 수 있는 노즐부(120)의 운동 방향을 안내하며, 본 발명의 일실시예에서 가이드부(110)는 기판(S)의 이송방향과 수직을 형성하며 연장되므로, 제1 운동부(130)는 노즐부(120)가 기판(S)의 이송방향과 수직으로 운동할 수 있도록 안내한다.
상기 제2 운동부(140)는 복수개의 노즐(200)이 장착되고, 제1 운동부(130)와 연결되며, 기판(S)의 이송방향 또는 기판(S)의 이송방향과 반대방향으로 이동할 수 있도록 마련되는 것으로, 노즐(200)과 회전부재(141)와 길이조절부(142)를 포함한다.
도 4는 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 노즐(200)은 기판(S)을 향하여 유체를 분사하는 것으로서, 본 발명의 일실시예에서는 분사되는 유체를 효과적으로 미립화시키고, 또한 분사되는 유체의 유량을 향상시키기 위해 기체와의 충돌에 의해 액체를 1차적으로 미립화시키고, 1차적으로 미립화된 액체를 전기장에 의해 2차적으로 미립화시키는 스프레이 노즐(210), 전압인가부(220), 액체공급부(230) 및 기체공급부(240)를 포함한다.
상기 스프레이 노즐(210)은 기판(S)을 향하여 기체와의 충돌을 통해 1차적으로 미립화된 액체를 분사하는 것으로, 액체 분사부(211)와 기체 분사부(212)를 포함한다.
상기 액체 분사부(211)는 액체가 유동하는 통로로서 기판(S)을 향하여 액체를 분사하는 것이다.
상기 기체 분사부(212)는 기체가 분사되는 것으로서, 기체 분사부(212)로부터 분사되는 기체는 액체의 분사경로와 수직을 형성하며 충돌함으로써 액체를 1차적으로 미립화시킨다.
여기서, 잉크의 1차적인 미립화를 위해서 기체와 잉크의 충돌이 매우 중요한 요소이며, 기체가 잉크의 분사경로와 수직을 형성하며 충돌해야 안정적으로 잉크를 미립화할 수 있다.
즉, 기체가 액체의 분사경로와 수직을 형성하지 못하며 충돌하는 경우, 기체가 액체의 분사방향 또는 액체의 분사방향의 반대방향으로 영향을 미칠 수 있으며, 충돌에 의해 액체의 분사방향으로 힘을 가하는 경우 미립화된 액체가 너무 강한 속도로 기판(S)에 충돌하여 기판(S)에 착탄되지 못한채 다시 튕겨져 나오는 되튀김 현상이 발생할 수 있으며, 충돌에 의해 액체의 분사방향의 반대방향으로 힘을 가하는 경우 기체에 의해 액체의 분사가 방해받아 분사속도 또는 액체의 분사유량 등에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 방지하도록 기체를 액체의 분사경로와 수직으로 충돌시키는 것이 바람직하나, 이러한 문제점은 액체의 분사속도를 조절하여 해결하는 것도 가능하므로 여기에 제한되는 것은 아니다.
액체 분사부(211)를 통해 분사되는 액체와 기체 분사부(212)를 통해 분사되는 기체는 스프레이 노즐(210)과 기판(S) 사이의 영역에서 충돌이 발생할 수 있으나, 액체와 기체와의 충돌이 밀폐된 공간에서 이루어짐으로써 스프레이 노즐(210)로부터 미립화가 거의 완료, 바람직하게는 완전히 완료된 상태의 액체가 분사되도록 액체 분사부(211) 및 기체 분사부(212)를 내부에 수용하는 케이스(213)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 케이스(213)의 내부에는 기체 분사부(212)로부터 분사된 기체가 유동하며, 기체가 유체의 분사경로와 수직을 형성하며 충돌하도록 기체의 유동방향을 안내하는 기체 유로(214)가 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 스프레이 노즐(210)을 통해 액체를 미립화시키면, 기체와의 충돌에 의해 1차적으로 미립화됨과 동시에 불안정화된 액체는 스프레이 노즐(210)과 기판(S) 사이에 발생하는 전기장에 의해 2차적으로 미립화된다. 기체와의 충돌에 의해 이미 1차적으로 미립화되었기 때문에 단순히 전기장만을 이용하여 미립화하는 경우보다 미립화시킬 수 있는 액체 유량이 현저히 증가하며, 이는 바로 공정속도의 증가로 나타난다.
이와 같은 방법을 이용하여 잉크를 토출하면, 기체 보조 아토마이저의 장점인 잉크 분무량의 증가 및 전기분무의 장점인 미세하고 균일한 액적의 생성을 모두 이루어 낼 수 있다. 더불어, 스프레이 노즐(210)과 기판(S) 사이의 전기장에 의해 2차적으로 미립화된 액적들의 이동경로를 가이드 할 수 있어 액적의 되튀김 문제 또는 잉크 소모량의 증가 문제를 모두 해결할 수 있다. 더 나아가, 노즐 상에서 액면을 Taylor-Cone으로 변경시키고 끝단에서 스프레이를 만드는 공정이 아니므로 전기전도도가 낮은 소재로 마련된 잉크 또는 비전도성 물질(dielectric)도 극성, 비극성 여부를 구분하기 않고 2차적으로 미립화가 가능하며 이러한 원리는 하기와 같다.
Figure 112014015034350-pat00001
여기서, e 는 액면에서의 자유전자를 의미하며, e은 액면의 유전율, e0는 진공에서의 유전율, E는 전기장을 의미한다.
여기서, 절연(dielectic) 액체의 경우에도 극성물질이면 상기 식에서 뒤의 2가지 힘이 작용하고 비극성 물질(non-polar liquid)의 경우 상기 식에서의 2번째 항에 의한 전기력이 작용한다. 이를 dielectrophoretic force 라고 한다. 이때, 단지 액면의 수직 방향으로 작용하는 전기력만이 존재할 뿐, 액면에 접하는 방향으로 전기력이 작용하지 않으므로 테일러콘(taylor-cone)이라 불리는 원뿔 형상의 액면이 형성되지 않아 전기장 만으로는 미립화하기 용이하지 않다.
다만, 본 발명의 일실시예에 따른 스프레이 노즐(210)과 같이 기체와의 충돌을 유도하여 액체를 1차적으로 미립화함과 동시에 액적을 불안정한 상태로 형성하면 dielectrophoretic force가 약함에도 불구하고 2차적인 미립화가 활발하게 발생할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 스프레이 노즐(210)을 통해 비전도성 물질이라 하더라도 극성, 비극성을 구분하지 않고 액체의 미립화를 용이하게 유도할 수 있다.
상기 전압인가부(220)는 스프레이 노즐(210)을 유동하는 액체에 전하를 인가하고, 또한 기판(S)과 스프레이 노즐(210) 사이에 전기장이 형성되도록 스프레이 노즐(210)에 전압을 인가하는 것이다.
전압인가부(220)는 스프레이 노즐(210)에 전압을 인가할 수 있다면 그 위치에 특별히 제한되지 않는다.
상기 액체공급부(230)는 스프레이 노즐(210)의 액체 분사부(211) 측으로 액체를 제공하는 것이다. 액체공급부(230)의 설치위치와 관련하여 특별히 제한되는 것은 아니나, 후술한 회전부재(141)의 상측에 마련될 수 있다.
상기 기체공급부(240)는 액체 분사부(211)를 따라 유동하는 액체의 1차적인 미립화가 발생하도록 기체 분사부(212) 측으로 기체를 제공하는 것이다.
기체공급부(240)의 위치도 특별히 제한되는 것은 아니나, 후술할 회전부재(141)의 하측에 마련되어 스프레이 노즐(210)에 연결될 수 있다.
상기 회전부재(141)는 노즐(200)이 장착되는 부재로서, 기판(S)과 나란한 평면상에서 회전가능하게 마련되는 부재이다.
본 발명의 일실시예에서 회전부재(141)는 원형의 부재로 마련되고, 하측에 스프레이 노즐(210) 및 스프레이 노즐(210)에 연결되는 기체공급부(240)가 장착되며, 상측에는 스프레이 노즐(210)에 연결되는 액체공급부(230)가 장착된다.
또한, 회전부재(141) 상에 장착되는 노즐(200)은 일방향을 따라 배열될 수 있고, 회전부재(141)의 회전을 통해 노즐(200)에 의한 코팅범위를 확장시키거나 축소시킬 수 있다. 물론, 코팅범위의 확장은 코팅밀도, 즉, 코팅면의 두께감소를 초래할 수 있으며, 이와 반대로, 코팅범위의 축소는 코팅밀도, 즉, 코팅면의 두께증가를 초래할 수 있다.
상기 길이조절부(142)는 회전부재(141)와 연결되어 회전부재(141) 및 회전부재(141)에 장착된 노즐(200)을 제1 운동부(130)에 근접하는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있도록 마련되는 부재이다.
본 발명의 일실시예에서 길이조절부(142)는 제1 운동부(130)가 가이드부(110)를 따라 이동하는 동안에는 기판(S)의 이송속도를 고려하여 기판(S)의 이송방향과 동일한 방향으로 회전부재(141)를 제1 운동부(130) 측으로부터 근접시키거나 멀어지도록 이동시킨다.
여기서, 길이조절부(142)를 통해 이동하는 회전부재(141)의 이동속도는 기판(S)의 이송속도와 실질적으로 동일하게 마련될 수 있다. 이와 같이, 작동하는 경우 기판(S)이 이송됨과 동시에 노즐(200)도 이동하기 때문에, 기판(S)과 노즐(200)은 상대적으로 기판(S)의 이송방향으로는 정지한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다시 설명하면, 제1 운동부(130)가 가이드부(110)의 일단에 배치되고 제1 운동부(130)와 회전부재(141)가 소정 간격 이격된 상태(이하, 최초상태라 한다)에서, 제1 운동부(130)가 가이드부(110)를 따라 이동하면, 기판(S)의 이송속도 및 방향을 고려하여 길이조절부(142)가 회전부재(141)를 제1 운동부(130) 측으로부터 이격시키거나 근접시킨다. 이러한 운동은 제1 운동부(130)가 가이드부(110)의 타단에 도달할 때까지 계속된다.
결국, 제1 운동부(130)가 가이드부(110)의 타단에 도달하면, 길이조절부(142)는 회전부재(141)를 제1 운동부(130) 측으로 근접시키거나 이격시킴으로써 회전부재(141)를 최초 상태로 복귀시키고, 다시 상술한 과정을 반복하며 코팅 공정을 수행한다.
종래와 같이 단순히 노즐이 가이드를 따라 이동하는 경우 기판(S)에 코팅공정이 지그재그 방식으로 수행되어 기판(S)의 단부 측에서 코팅밀도가 저하되는 것과는 달리 본원발명과 같이 코팅공정을 수행하는 경우, 코팅공정이 계단식으로 반복수행되어 기판(S)의 전면적에서 코팅면의 코팅밀도가 실질적으로 균일하게 유지될 수 있다.
도 5는 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 높이조절부를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 높이조절부(150)는 가이드부(110)와 제1 운동부(130) 사이에 개재되어 중력방향을 노즐(200)과 기판(S) 사이의 이격거리를 조절하는 것이다. 스프레이 노즐(210)을 통한 2차적인 미립화는 전기장의 세기 및 노즐(200)과 기판(S) 사이의 이격 간격에도 영향을 받으며, 높이조절부(150)를 통해 노즐(200)과 기판(S) 사이의 이격 간격을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 기판(S)을 이송하기 위하여 기판(S)의 하측에 배치되는 이송부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 한편, 이송부(미도시)는 접지됨으로써 기판(S)과 노즐(200) 사이의 전위차를 크게 함으로써 기판(S)과 노즐(200) 사이에 발생하는 전기장의 세기를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 코팅 시스템(100)의 작동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 전압인가부(220)를 통해 스프레이 노즐(210)에 인가되는 전압을 조절하여, 기판(S)과 노즐(200) 사이에 발생하는 전기장의 세기를 조절하고, 이를 통해 2차 미립화의 속도를 제어할 수 있다.
또한, 기체분사부(212)에 공급되는 기체의 압력을 조절할 수 있다. 이는 액체의 1차 미립화와 관련되며, 기체의 압력을 통해 1차 미립화 정도를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(미도시)는 기판의 이송속도, 이송방향를 제어할 수 있고, 제1 운동부의 이동과 관련하여, 이동방향, 이동속도를 제어할 수 있다. 더 나아가, 제2 운동부(130)의 운동방향 및 이동속도를 더 제어할 수 있다. 이를 통해, 결국, 제어부(미도시)는 기판(S)의 코팅 경로를 계단식 경로로 형성할 수 있다.
또한, 제어부(미도시)는 액체분사부(211)로부터 분사되는 액체의 유량을 제어함으로써 액체의 유동속도를 제어할 수 있다. 액체의 유량은 액체의 유동속도, 유동로의 단면적 및 액체의 밀도에 비례하며, 액체분사부(211)를 유동하는 경우, 유동로의 단면적 및 액체의 밀도는 상수이므로 결국, 액체의 유량은 액체의 유동속에 비례한다. 따라서, 제어부(미도시)를 통해 액체의 유량을 제어하는 것은 결국 액체의 유속을 제어하는 것과 실질적으로 동일하다.
여기서, 액체의 분사속도는 분사된 액체가 기판(S)에 도달하기까지 걸리는 시간에 영향을 미치며, 이 시간이 현저히 짧다면 액체의 2차 미립화가 충분히 발생되지 않은 상태로 기판(S)에 도달하여 기판(S) 코팅 면의 표면 거칠기가 크고 불균일해질 수 있으므로 제어부(미도시)를 통해 이를 적절히 제어할 수 있다.
지금부터는 상술한 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템(100)에서 기판(S)은 기판(S)의 이송방향을 따라 연속적으로 또는 단속적으로 이송될 수 있으나, 여기서는 연속적으로 이송되는 것을 전제로 설명한다.
기판(S)을 코팅하는 공정이전에, 노즐부(120)를 가이드부(110)의 일단에 배치하고, 제1 운동부(130)와 회전부재(141) 사이는 최초 상태로 이격된다. 여기서, 최초 상태는 제1 운동부(130)와 회전부재(141)가 소정 간격으로 이격된 상태를 의미하며, 소정 간격은 기판(S)의 이송속도, 제1 운동부(130)의 이동속도 등을 고려하여 달리 설정될 수 있다.
기판(S)이 이송되는 동안, 기판(S)에 대한 코팅 공정이 시작되면, 제1 운동부(130)는 가이드부(110)를 따라 이동한다. 제1 운동부(130)의 이송속도는 기판(S)의 이송속도, 코팅면의 코팅밀도 등을 고려하여 결정될 수 있다.
도 6은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부의 운동을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 제1 운동부(130)가 운동하는 동안, 제2 운동부(140)도 제1 운동부(130)에 대하여 제1 운동부(130)로부터 멀어지거나 근접하는 방향으로 운동한다. 제2 운동부(140)의 운동방향은 기판(S)의 이송방향에 따라 결정되며, 바람직하게는 기판(S)의 이송방향과 동일한 방향으로 이송된다.
즉, 제1 운동부(130)를 기준으로 제2 운동부(140)의 움직임을 보면, 제2 운동부(140)는 제1 운동부(130)에 근접하거나 멀어지는 방향, 즉 1축 방향으로의 움직임을 가진다.
여기서 제2 운동부(140)의 이동속도는 기판(S)의 이송속도와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
이러한, 제2 운동부(140)의 움직임은 제1 운동부(130)가 가이드부(110)의 타단에 도달할 때까지 계속되며, 제1 운동부(130)가 가이드부(110)의 타단에 도달하면, 제2 운동부(140)는 최초 상태로 복귀하는 운동을 한 후, 상술한 운동을 반복한다.
도 7은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 노즐부에 의한 코팅 경로를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 8은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템을 통해 코팅된 기판을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7 또는 도 8을 참조하면, 노즐부(120)의 노즐(200)은 가이드부(110)의 일단으로부터 가이드부(110)와 소정 각도를 형성하는 가상 직선을 따라 이동한다. 여기서, 가이드부(110)에 의해 형성되는 방향을 x축 방향, 기판(S)의 이송방향과 동일한 방향을 y축 방향이라 가정하면, 노즐(200)은 x축 방향으로는 제1 운동부(130)의 이동속도를 가지며 y축 방향으로는 제2 운동부(130)의 이동속도, 즉 기판(S)의 이송속도를 가진다.
이러한 노즐(200)의 움직임에 대하여 기판(S)을 기준으로 검토하면, y축 방향의 움직임은 서로 상쇄되어 노즐(200)은 x축 방향의 움직임만을 가지게 되며, 이러한 노즐(200)과 기판(S)의 상대적인 움직임에 따라 코팅 시스템(100)의 코팅 경로가 결정된다.
즉, 노즐부(120)가 가이드부(110)를 따라 이동하는 구간에서는 x축 방향으로 코팅이 진행되고, 노즐부(120)가 가이드부(110)의 일단에 도달하여 이동방향이 전환됨과 동시에 제1 운동부(130)와 회전부재(141)를 최초 상태로 복귀하는 구간에서는 y축 방향으로 코팅이 진행된다.
이러한 움직임을 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템(100)의 코팅 범위가 기판(S)의 전면적에 다다르기 때문에 기판(S)의 전면적에 대한 균일한 코팅이 가능해진다.
한편, 상술한 작동에 의해 기판(S)의 전면적에 균일한 코팅을 수행하는 동안, 본 발명의 일실시예에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템(100)을 통해 코팅면의 코팅 밀도의 조절이 가능하다.
이를 설명하면, 먼저, 스프레이 노즐(210)에 인가되는 전압의 세기, 액체분사부(211)를 통해 제공되는 액체의 유량, 기체분사부(212)를 유동하는 기체의 압력, 기판(S)과 노즐(200) 사이의 이격 거리 등을 변경함으로써 액체의 분사속도, 미립화정도, 액체가 기판(S)에 도달하기까지 소요되는 시간 등을 적절히 조절하여 코팅밀도를 조절하는 것이 가능하다.
도 9 및 도 10은 도 1에 따른 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템에서 회전부재의 회전을 통해 코팅밀도를 조절하는 모습을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9 또는 도 10을 참조하면, 회전부재(141)의 회전각도를 조절하여 코팅밀도를 조절하는 것도 가능하다. 이를 자세히 설명하면, 노즐부(120)의 노즐(200)을 x축 방향을 따라 일렬로 배치하면, 각각의 노즐(200)들의 액체 분사 경로가 모두 동일해짐으로써 각각의 노즐(200)로부터 분사되는 액체들이 기판(S) 상에 중첩된 상태로 코팅되어 코팅밀도가 향상된다. 다만, 단위시간당 노즐부(120)에 의해 코팅되는 영역은 감소할 수 있다.
이와 반대로, 노즐부(120)의 노즐(200)을 y축 방향을 따라 일렬로 배치하면, 각각의 노즐(200)들의 액체 분사 경로가 모두 상이해짐으로써 서로 간의 중첩이 발생했던 코팅 영역이 모두 분산된 상태로 코팅되어 단위시간당 노즐부(120)에 의해 코팅되는 영역이 증가하며, 다만, 코팅밀도는 떨어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 회전부재(141)의 회전각이 x축 방향을 기준으로 0°내지 45°가 되도록 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
즉, 필요에 따라 선택적으로 회전부재(141)의 회전각을 조절함으로써 기판(S) 상에 코팅되는 코팅면의 코팅밀도 및 단위시간당 코팅영역을 적절히 조절할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템 110: 가이드부
120: 노즈부 130: 제1 운동부
140: 제2 운동부 150: 높이조절부
200: 노즐 210: 스프레이 노즐
220: 전압인가부 230: 액체공급부
240: 기체공급부

Claims (11)

  1. 이송방향을 따라 연속적으로 이송되는 기판을 코팅하는 코팅 시스템에 있어서,
    상기 기판의 이송방향을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 가이드부;
    상기 가이드부를 따라 이동가능하며 상기 가이드부를 따라 이동하는 동안 상기 기판의 이송방향 또는 상기 기판의 이송방향의 반대방향으로 이동가능하게 마련되어 상기 기판을 향하여 유체를 분사하는 노즐부;를 포함하고,
    상기 노즐부는,
    상기 가이드부를 따라 이동가능하게 마련되는 제1 운동부; 및, 상기 제1 운동부와 연결되되 상기 기판의 이송방향 또는 상기 기판의 이송방향의 반대방향으로 이동가능하게 마련되며 복수개의 노즐이 장착되는 제2 운동부;를 포함하고,
    상기 복수개의 노즐은 각각의 노즐로부터 분사되는 유체가 기판상에 중첩 또는 분산되어 착탄되도록 상기 제2 운동부 상에서 회전가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 운동부는 상기 제1 운동부가 상기 가이드부를 따라 이동하는 동안, 상기 기판의 이송속도와 동일한 속도로 상기 기판의 이송방향을 따라 이동하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 노즐은 일방향을 따라 배치되는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 노즐은 상기 기판의 이송경로와 나란한 방향으로 배치되어 상기 기판상에 코팅되는 코팅면의 밀도를 감소시키거나, 상기 기판의 이송경로와 수직한 방향으로 배치되어 상기 기판상에 코팅되는 코팅면의 밀도를 증가시키는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부는 상기 가이드부와 상기 노즐부 사이에 마련되며, 상기 노즐부를 상기 기판에 근접하는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동시키는 높이조절부;를 더 포함하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  8. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 노즐은,
    기체와의 충돌에 의해 1차적으로 미립화된 액체를 분사하는 스프레이 노즐; 상기 스프레이 노즐로부터 분사되는 유체가 전하를 포함하도록 상기 스프레이 노즐에 전압을 인가하며, 상기 스프레이 노즐에 인가된 전압에 의해 상기 기판과 상기 스프레이 노즐 사이에 전기장을 발생시켜 상기 스프레이 노즐로부터 분사되는 유체를 2차적으로 미립화하는 전압 인가부;를 포함하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 스프레이 노즐은,
    액체를 분사하는 액체 분사부; 기체를 분사하며, 상기 액체의 분사경로 상에서 상기 기체를 잉크와 충돌시켜 상기 액체를 1차적으로 미립화시키는 기체분사부;를 포함하는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기체는 상기 액체의 이동경로와 수직으로 충돌하게 되는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 스프레이 노즐은,
    상기 액체 분사부 및 상기 기체 분사부를 내부에 수용하며, 상기 기체 분사부로부터 분사되는 기체가 상기 기체의 분사경로 상에서 상기 액체와 충돌하도록 기체의 유동방향을 안내하는 기체 유로가 형성된 케이스를 더 포함하며,
    상기 케이스의 내부에서 상기 액체와 상기 기체가 충돌하게 되는 균일한 코팅이 가능한 코팅 시스템.

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