KR101578765B1 - 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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김영진
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Abstract

본 발명은 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치는, 기판에 잉크를 도포하여 코팅 공정을 수행하는 슬롯 다이와, 슬롯 다이와 인접하게 위치하며, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이의 상태 및 기판에 도포되는 잉크의 상태를 촬영하는 영상 촬영부 및 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상의 비교 결과에 따라 슬롯 다이의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 슬롯 다이는, 외부로부터 공급된 잉크가 수용되는 캐비티(Cavity)가 형성된 제1 몸체와, 제1 몸체와 이격된 상태로 배치되는 제2 몸체 및 제1 몸체와 제2 몸체의 사이에 결합되며, 캐비티와 연통하여 캐비티에 수용된 잉크를 토출시키는 토출구가 형성되고, 제1 몸체 및 제2 몸체의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부가 형성된 심 플레이트(Shim plate)를 포함하며, 제어부는 적어도 하나의 돌출부를 기준으로 기준 영상을 설정하고, 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상을 비교하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법{Slot die coating apparatus and method for controlling the same}
본 발명은 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬롯 다이의 상태 및 기판에 도포되는 잉크의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고 기판에 잉크를 얇고 균일하게 도포할 수 있는 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근에 다양한 종류의 기판에 기능성 잉크(이하, 잉크라고 통칭하기로 한다)를 인쇄하여 각종 패턴(Pattern)을 형성함으로써 전자 소자를 제조하는 인쇄 전자(Printed electronics) 기술이 각광 받고 있다.
이러한 인쇄 전자 기술은 기존에 기판에 패턴 형성을 위해 사용해 오던 포토리소그래피(photolithography) 기술보다 제조 공정이 복잡하지 않다는 장점이 있다. 더욱이, 연속적으로 공급되는 롤(Roll) 형태의 필름(Film) 또는 웹(Web)에 기능성 잉크를 인쇄하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 인쇄 장치는 연속 공정에 의한 빠른 생산 속도로 인해 전자 소자의 생산 효율성을 더욱 증대시키고 있다.
일반적으로 롤투롤 인쇄 장치는 필름에 대한 인쇄 공정을 수행하기 위해 잉크를 필름에 도포하는 코팅 공정을 수행하는데, 이러한 코팅 공정은 그라비아 방식, 로터리 스크린 방식, 슬롯 다이 방식 등으로 수행될 수 있다. 이 중 슬롯 다이를 이용한 코팅 방식은 넓은 폭에 대한 코팅을 한번에 할 수 있고, 잉크 점도의 변화 및 이물질의 유입이 없으며, 잉크 코팅의 재현성이 우수하다는 장점이 있다.
한편, 기판에 잉크를 인쇄하는 인쇄 전자 기술을 이용하여 전자 소자를 제조하기 위해서는 인쇄 정밀도가 매우 중요한데, 일반적으로 전자 소자는 그 적용 대상에 따라 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 이하의 인쇄 정밀도를 요구하고 있다.
일반적으로 슬롯 다이 방식의 코팅 공정을 수행하는 슬롯 다이 코팅 장치는 전자 소자의 인쇄 정밀도를 높이기 위해서는 기판에 잉크가 얇고 균일하게 도포되어야 하는데, 이를 위해서 기판의 종류, 기판의 이송 속도 등 코팅 공정 조건에 따라 슬롯 다이와 기판 사이의 간격을 조절하는 것은 물론, 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크(슬롯 다이로 공급되는 잉크)를 정량적으로 조절하여 원하는 두께의 잉크 박막을 코팅하는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 슬롯 다이 코팅 장치는 코팅 공정을 수행하는 기판의 상태를 통해 실시간으로 모니터링하고 이를 제어할 방법이 없으므로, 코팅 공정을 일시적으로 멈춘 상태에서 잉크의 공급량을 조절하거나 슬롯 다이에 설치된 조절 게이지를 이용하여 슬롯 다이와 기판 사이의 간격을 조절하고 있다. 이로 인해 종래의 슬롯 다이 코팅 장치는 기판에 대한 코팅 공정이 수행되는 동안에는 다양한 공정 조건의 변화에 대응할 수 없으므로 잉크의 도포 균일성을 유지할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 슬롯 다이의 상태 및 기판에 도포되는 잉크의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고 기판에 잉크를 얇고 균일하게 도포할 수 있는 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 슬롯 다이를 이용한 코팅 공정이 수행되는 동안 영상 촬영부를 통해 슬롯 다이의 상태와 기판에 도포되는 잉크의 상태를 촬영하여 실시간으로 슬롯 다이의 작동 및 기판의 이송을 제어함으로써, 슬롯 다이의 상태 및 기판에 도포되는 잉크의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고 기판에 잉크를 얇고 균일하게 도포할 수 있는 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치는, 기판에 잉크를 도포하여 코팅 공정을 수행하는 슬롯 다이와, 상기 슬롯 다이와 인접하게 위치하며, 상기 코팅 공정이 수행되는 동안 상기 슬롯 다이의 상태 및 상기 기판에 도포되는 상기 잉크의 상태를 촬영하는 영상 촬영부 및 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 슬롯 다이는, 외부로부터 공급된 상기 잉크가 수용되는 캐비티(Cavity)가 형성된 제1 몸체와, 상기 제1 몸체와 이격된 상태로 배치되는 제2 몸체 및 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 사이에 결합되며, 상기 캐비티와 연통하여 상기 캐비티에 수용된 상기 잉크를 토출시키는 토출구가 형성되고, 상기 제1 몸체 및 상기 제2 몸체의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부가 형성된 심 플레이트(Shim plate)를 포함하며, 상기 제어부는 상기 적어도 하나의 돌출부를 기준으로 상기 기준 영상을 설정하고, 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상을 비교하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬롯 다이는, 상기 토출구와 인접한 위치에 배치되며, 상기 토출구를 통해 토출되는 상기 잉크를 확산시키는 적어도 하나의 확산체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토출구는 하부 방향으로 개구된 복수의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 영상 촬영부는, 상기 기판의 이송 방향을 따라 상기 슬롯 다이의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)을 촬영하는 적어도 하나의 제1 카메라 및 상기 슬롯 다이의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치되며, 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 단면 형상(Meniscus)을 촬영하는 적어도 하나의 제2 카메라를 포함하며, 상기 제어부는 상기 적어도 하나의 제1 카메라를 통해 촬영되는 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 제1 기준 영상을 비교하고, 상기 적어도 하나의 제2 카메라를 통해 촬영되는 잉크의 형상과 제2 기준 영상을 비교하여 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 영상 촬영부는, 상기 적어도 하나의 제1 카메라를 상기 슬롯 다이의 길이 방향을 따라 왕복 구동시키는 촬영 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 슬롯 다이에 연결되며, 상기 슬롯 다이를 구동시켜 상기 슬롯 다이의 위치를 이동시키는 슬롯 다이 구동부 및 상기 슬롯 다이에 연결되며, 상기 슬롯 다이로 상기 잉크를 공급하는 잉크 공급부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상의 비교 결과에 따라, 상기 슬롯 다이 구동부를 제어하여 상기 슬롯 다이의 위치를 조절하고, 상기 잉크 공급부를 제어하여 상기 슬롯 다이로 공급되는 상기 잉크의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법은, 슬롯 다이가 기판에 잉크를 도포하는 코팅 공정을 시작하는 단계와, 영상 촬영부가 상기 코팅 공정이 수행되는 동안 상기 슬롯 다이의 상태 및 상기 기판에 도포되는 상기 잉크의 상태를 촬영하는 단계와, 제어부가 상기 슬롯 다이에 구비된 심 플레이트(Shim plate)에 형성된 적어도 하나의 돌출부를 기준으로 기준 영상을 설정하는 단계 및 상기 제어부가 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 영상 촬영부가 상기 슬롯 다이의 상태 및 상기 기판에 도포되는 상기 잉크의 상태를 촬영하는 단계는, 상기 기판의 이송 방향을 따라 상기 슬롯 다이의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 제1 카메라가 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)을 촬영하는 단계 및 상기 슬롯 다이의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치된 적어도 하나의 제2 카메라가 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 단면 형상(Meniscus)을 촬영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부가 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계는, 상기 제어부가 상기 적어도 하나의 제1 카메라를 통해 촬영되는 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 제1 기준 영상을 비교하는 단계와, 상기 제어부가 상기 적어도 하나의 제2 카메라를 통해 촬영되는 상기 잉크의 형상과 제2 기준 영상을 비교하는 단계 및 상기 제어부가 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 상기 제1 기준 영상의 비교 결과 및 상기 잉크의 형상과 상기 제2 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제어부가 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계는, 상기 제어부가 상기 슬롯 다이의 위치를 이동시키는 슬롯 다이 구동부를 제어하여 상기 슬롯 다이의 위치를 조절하는 단계 및 상기 제어부가 상기 슬롯 다이로 상기 잉크를 공급하는 잉크 공급부를 제어하여 상기 슬롯 다이로 공급되는 상기 잉크의 공급량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 따르면, 슬롯 다이를 이용한 코팅 공정이 수행되는 동안 영상 촬영부를 통해 슬롯 다이의 상태와 기판에 도포되는 잉크의 상태를 촬영하여 실시간으로 슬롯 다이의 동작을 제어함으로써, 슬롯 다이의 상태 및 기판에 도포되는 잉크의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고 기판에 잉크를 얇고 균일하게 도포할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 따르면, 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 형상을 촬영하는 제1 카메라와, 슬롯 다이와 기판 사이의 형상을 촬영하여 제2 카메라를 포함하여 영상 촬영부를 구성함으로써, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이의 상태와 기판에 도포되는 잉크의 상태를 촬영하여 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 따르면, 심 플레이트에 제1 몸체 및 제2 몸체의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부를 형성하고, 제어부가 이러한 적어도 하나의 돌출부를 기준으로 기준 영상을 설정하여 실제 촬영된 영상과 비교하도록 함으로써, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이의 상태 및 기판에 도포되는 잉크의 상태를 실시간으로 보다 정확하게 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법에 따르면, 슬롯 다이의 토출구에 잉크를 확산시키는 확산체를 구비함으로써, 기판에 대한 잉크의 도포 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제1 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 영상 촬영부가 슬롯 다이의 길이 방향을 촬영할 때의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 영상 촬영부가 슬롯 다이의 폭 방향을 촬영할 때의 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제2 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제3 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제4 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 영상 촬영부의 다른 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 슬롯 다이 코팅 장치 및 그 제어 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)는 슬롯 다이(100), 영상 촬영부(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
슬롯 다이(100)는 기판(10)에 잉크를 도포하여 코팅 공정을 수행할 수 있다. 슬롯 다이(100)를 이용한 코팅 공정은 넓은 폭을 가지는 기판(10)에 대한 코팅을 한번에 처리할 수 있고, 잉크 저장 탱크(도시되지 않음)로부터 슬롯 다이(100)까지 잉크(I)를 공급하는 과정에서 잉크가 공기로 노출되지 않아 잉크 점도의 변화 및 이물질의 유입이 없으며, 잉크 코팅의 안정성 및 재현성이 우수하다는 장점을 가지고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이(100)는 제1 몸체(110), 제2 몸체(120) 및 심 플레이트(Shim plate)(130)가 결합되며, 제1 몸체(110)의 내부에 잉크(I)가 수용되는 캐비티(Cavity)(도 2의 111)가 형성되고, 심 플레이트(130)의 하부에 잉크(도 3의 20)가 토출되는 토출구(도 2의 131)가 형성될 수 있다. 이러한 슬롯 다이(100)의 구체적인 구조에 대해서는 도 2 내지 도 7을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
영상 촬영부(200)는 슬롯 다이(100)와 인접하게 위치하며, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(도 2의 20)의 상태를 촬영할 수 있다. 이러한 영상 촬영부(200)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라, CCD(Charge-coupled Device) 카메라 등을 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 영상 촬영부(200)는 슬롯 다이(100)와 인접한 여러 위치에 복수의 카메라(210, 220 등)를 구비할 수 있는데, 각각의 카메라(210, 220 등)는 정해진 위치에서 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이를 촬영하여 슬롯 다이(100)의 상태 및 슬롯 다이(100)로부터 토출되어 기판(10)에 도포되는 잉크의 상태를 촬영할 수 있다. 여기서, 슬롯 다이(100)의 상태는 슬롯 다이(100)의 잉크 토출 여부, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 토출량, 슬롯 다이(100)의 기판(10)에 대한 상대 위치(높이 등) 등을 의미하고, 잉크(도 2의 20)의 상태는 기판(10)에 코팅되는 잉크(도 2의 20)의 단면 형상(Meniscus), 끝단 형상(Coating edge), 코팅 폭(Coating width) 등을 의미한다.
바람직하게는, 영상 촬영부(200)는, 기판(10)의 이송 방향을 따라 슬롯 다이(100)의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치되는 적어도 하나의 제1 카메라(210)와, 슬롯 다이(100)의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치되는 적어도 하나의 제2 카메라(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 제1 카메라(210)는 슬롯 다이(100)의 폭 방향을 따라 양 측의 전체 또는 일부에 배치되어 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)(도 3의 M1)을 촬영하고, 제2 카메라(220)는 길게 형성된 슬롯 다이(100)의 길이 방향을 따라 양 끝단의 전체 또는 일부에 배치되어 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크의 단면 형상(Meniscus)(도 4의 M1')을 촬영할 수 있다. 이러한 제1 카메라(210) 및 제2 카메라(220)는 각각 필요에 따라 복수개가 구비될 수도 있다.
도 1에서는 기판(10)의 이송 방향을 따라 슬롯 다이(100)의 전단에 1 개의 제1 카메라(210)가 구비되고, 슬롯 다이(100)의 일단에 1 개의 제2 카메라(220)가 구비된 예를 도시하고 있으나, 제1 카메라(210) 및 제2 카메라(220)의 개수, 설치 위치 등은 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
제어부(300)는 슬롯 다이(100) 및 영상 촬영부(200)에 연결되며, 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상의 비교 결과에 따라 슬롯 다이(100)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 코팅 공정이 진행되는 동안 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 실제 영상을 전송 받아 미리 설정된 기준 영상(Reference image)과 비교하여 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크의 상태를 판단한 후, 실제 영상을 기준 영상에 맞출 수 있도록 슬롯 다이(100)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 슬롯 다이(100)의 동작이란 슬롯 다이(100)의 기판(10)에 대한 상대 위치(높이 등), 잉크 토출량 등을 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이 코팅 장치(1)가 기판(10)의 이송 방향을 따라 슬롯 다이(100)의 전단에 배치된 제1 카메라(210)와, 슬롯 다이(100)의 일단에 배치된 제2 카메라(220)를 구비하는 경우, 제어부(300)는 제1 카메라(210)를 통해 촬영되는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 제1 기준 영상을 비교하고, 제2 카메라(220)를 통해 촬영되는 잉크의 형상과 제2 기준 영상을 비교하여 슬롯 다이(100)의 동작을 제어할 수 있다.
후술하겟지만, 제어부(300)는 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 실제 영상과 기준 영상을 비교하여, 슬롯 다이(100)로부터 토출되어 기판(10)에 도포되는 잉크의 상태를 기준 영상에 맞추기 위해 슬롯 다이(100)의 위치를 조절하거나, 슬롯 다이(100)로 공급되는 잉크의 유량을 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)는, 슬롯 다이(100)를 이용한 코팅 공정이 수행되는 동안 영상 촬영부(200)를 통해 슬롯 다이(100)의 상태와 기판(10)에 도포되는 잉크의 상태를 촬영하여 실시간으로 슬롯 다이(100)의 동작을 제어함으로써, 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고 기판(10)에 잉크를 얇고 균일하게 도포할 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 슬롯 다이 코팅 장치(1)와 인접한 위치(도 1의 예에서 슬롯 다이 코팅 장치(1)의 하부)에는 기판(10)을 이송시키는 기판(10) 이송부(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 다이(100)를 이용하여 필름 형태의 기판(10)에 대한 코팅 공정을 수행하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 인쇄 장치의 경우, 기판(10) 이송부는 필름을 연속적으로 풀어주어 슬롯 다이 코팅 장치(1)로 필름을 공급하는 언와인더부(Unwinder), 슬롯 다이 코팅 장치(1)에서 코팅 공정을 마친 후 공급되는 필름을 연속적으로 감아주는 리와인더부(Rewinder), 필름의 이송을 안내하는 복수의 이송 롤러를 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 제어부(300)는 슬롯 다이(100)로부터 토출되어 기판(10)에 도포되는 잉크의 상태를 조절하기 위해, 필요한 경우, 기판(10) 이송부에 연결되어 기판(10)이 이송되는 속도를 조절할 수도 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)의 구조에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제1 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이(100)는 제1 몸체(110), 제2 몸체(120) 및 심 플레이트(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 몸체(110)는 외부로부터 공급된 잉크(I)가 수용되는 캐비티(111)(Cavity)가 형성되고, 제2 몸체(120)는 제1 몸체(110)와 이격된 상태로 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)는 각각 기판(10)의 폭에 대응하는 길이를 가지도록 길게 형성되고, 하부 방향으로 갈수록 좁아지는 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 몸체(110)의 내부에는 외부로부터 공급 받은 잉크가 수용되는 캐비티(111)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 몸체(110)의 상단에는 외부에 구비된 잉크 저장 탱크(도시되지 않음)로부터 잉크를 공급 받는 배관이 연결되는 공급 홀(112)이 형성될 수 있다.
심 플레이트(Shim plate)(130)는 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)가 결합되는 면과 실질적으로 동일하게 형성된 얇은 판상 형태를 가지는 금속 재질로 이루어지고, 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)의 사이에 개재되어 결합될 수 있다. 이러한 심 플레이트(130)는 제1 몸체(110)에 형성된 캐비티(111)와 연통하여 캐비티(111)에 수용된 잉크를 토출시키는 토출구(131)가 형성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 토출구(131)는 심 플레이트(130)의 중앙 하단에 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 이러한 토출구(131)는 기판(10)에 토출되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)을 결정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)는 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부(132)가 형성될 수 있다. 도 2에서는 심 플레이트(130)의 중앙 하단에 형성된 토출구(131)를 중심으로 심 플레이트(130)의 양 끝 하단에 하부 방향으로 돌출되도록 한 쌍의 돌출부(132)가 형성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)의 제어부(300)는 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)에 형성된 적어도 하나의 돌출부(132)를 기준으로 기준 영상을 설정하고, 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상을 비교할 수 있다.
일반적으로 슬롯 다이(100)의 제1 몸체(110), 제2 몸체(120) 및 심 플레이트(130)의 형상에 대한 가공 공차는 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 이내이나, 심 플레이트(130)가 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)의 사이에 결합에 따른 조립 오차는 수백 ㎛ 이상에 달하므로, 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상의 상태를 제1 몸체(110) 또는 제2 몸체(120)를 기준으로 판단하는 경우, 실제 조립된 심 플레이트(130)의 조립 오차에 의해 정확한 모니터링이 불가능하다는 문제점이 있다. 따라서, 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)의 외부로 노출되는 심 플레이트(130)의 돌출부(132)를 기준으로 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상의 상태를 판단함으로써, 심 플레이트(130)의 조립 오차에 상관없이 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 이내의 정확도를 가지고 촬영되는 영상의 상태를 모니터링을 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 영상 촬영부(200)가 기판(10)의 이송 방향을 따라 슬롯 다이(100)의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치되는 적어도 하나의 제1 카메라(210)와, 슬롯 다이(100)의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치되는 적어도 하나의 제2 카메라(220)로 구성되는 경우, 제어부(300)는 적어도 하나의 제1 카메라(210)를 통해 촬영되는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 제1 기준 영상을 비교하고, 적어도 하나의 제2 카메라(220)를 통해 촬영되는 잉크의 형상과 제2 기준 영상을 비교할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 영상 촬영부가 슬롯 다이의 길이 방향을 촬영할 때의 모습을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 영상 촬영부가 슬롯 다이의 폭 방향을 촬영할 때의 모습을 나타내는 도면이다.
먼저, 제1 카메라(210)는 촬영 방향이 슬롯 다이(100)의 폭 방향을 따라 토출구(131)를 향하도록 배치될 수 있는데, 도 3에서는 슬롯 다이(100)의 길이 방향을 따라 길게 형성된 토출구(131)의 일측에 1 개의 제1 카메라(210)가 배치된 예를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 카메라(210)는 기판(10)에 대한 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 실시간으로 촬영할 수 있다. 이 때, 제1 카메라(210)는 심 플레이트(130)에 형성된 돌출부(132)와, 토출구(131)의 끝단에서 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)이 모두 나타나도록 촬영할 수 있다.
제1 카메라(210)를 통해 촬영되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)(M1)은 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이의 간격(Gap)(H), 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)을 산출하는 데에 사용될 수 있다. 물론, 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이의 간격(Gap)(H), 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)은 제1 카메라(210)에 의해 직접 촬영될 수도 있다.
제1 카메라(210)가 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 촬영하면, 제어부(300)는 촬영된 영상에서 심 플레이트(130)의 하단에 형성된 돌출부(132)를 기준으로 정상 조건에서 미리 정의된 제1 기준 영상(M0)을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 돌출부(132)로부터 토출구(131)의 끝단까지의 기준 거리(d0)에서 기판(10)에 코팅되어야 하는 코팅 두께(Coating thickness), 기판(10)의 이송 속도 등의 조건에 대해 미리 정해진 제1 기준 영상(M0)을 설정할 수 있다.
그리고, 제어부(300)는 제1 기준 영상(M0)과 실제 촬영되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 비교하여, 슬롯 다이(100)의 위치, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 토출량 등 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태 및 슬롯 다이(100)로부터 토출되어 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 돌출부(132)를 기준으로 실제 촬영되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)까지의 실제 거리(d1)를 통해 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 토출량, 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W) 등을 산출할 수 있는데, 기준 거리(d0)가 실제 거리(d1)보다 큰 경우에는 기판(10)에 코팅되는 잉크(20)의 토출량이 정해진 기준보다 많은 상태라고 판단할 수 있다.
마지막으로, 제어부(300)는 슬롯 다이(100)의 상태에 따라 실제 촬영되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 제1 기준 영상(M0)에 맞출 수 있도록 슬롯 다이(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 돌출부(132)를 기준으로 실제 촬영되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)까지의 실제 거리(d1)보다 기준 거리(d0)가 큰 경우, 슬롯 다이(100)로 공급되는 잉크(I)의 공급량을 증가시킬 수 있다.
한편, 제2 카메라(220)는 촬영 방향이 슬롯 다이(100)의 길이 방향을 따라 토출구(131)를 향하도록 배치될 수 있으며, 도 4에서는 슬롯 다이(100)의 일단에 1 개의 제2 카메라(220)가 배치된 예를 도시하고 있다. 이러한 제2 카메라(220)는 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)로부터 토출되어 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 실시간으로 촬영할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 카메라(220)는 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 실시간으로 촬영할 수 있다. 그리고, 제2 카메라(220)가 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 촬영하면, 제어부(300)는 촬영된 영상에서 심 플레이트(130)의 하단에 형성된 돌출부(132)를 기준으로 기판(10)에 코팅되어야 하는 코팅 두께(Coating thickness), 기판(10)의 이송 속도 등의 조건에 대해 미리 설정된 제2 기준 영상(M0')을 설정할 수 있다.
그리고, 제어부(300)는 제2 기준 영상(M0')과 실제 촬영되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 비교하여, 슬롯 다이(100)의 위치, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 토출량 등 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태 및 슬롯 다이(100)로부터 토출되어 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 판단한 후, 실제 촬영되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 제2 기준 영상(M0')에 맞출 수 있도록 슬롯 다이(100)의 동작을 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)는, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 촬영하는 제1 카메라(210)와, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 촬영하여 제2 카메라(220)를 포함하여 영상 촬영부(200)를 구성함으로써, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태와 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 촬영하여 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한, 심 플레이트(130)에 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부(132)를 형성하고, 제어부(300)가 이러한 적어도 하나의 돌출부(132)를 기준으로 기준 영상을 설정하여 실제 촬영된 영상과 비교하도록 함으로써, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 실시간으로 보다 정확하게 모니터링할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)의 변형 예를 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제2 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 5에 도시된 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)는, 도 2에 도시된 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)와는 달리, 적어도 하나의 돌출부(132)가 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)의 양 측을 통해 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이의 간격(Gap)(H)이 매우 좁은 경우에는 심 플레이트(130)의 하단에 돌출부(132)를 형성하는 것보다 심 플레이트(130)의 일 측 또는 양 측에 돌출부(132)를 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 도 5에 도시된 바와 같이, 심 플레이트(130)의 일 측 또는 양 측에 돌출부(132)가 형성되는 경우에는, 도 5에 도시된 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)를 적용할 때보다 제1 카메라(210)의 시야각(Field of view, FOV)이 클 것이 요구된다.
도 5에서는 심 플레이트(130)의 양 측에 2 개의 돌출부(132)가 형성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)는, 토출구(131)와 인접한 위치에 배치되며, 토출구(131)를 통해 토출되는 잉크(20)를 확산시키는 적어도 하나의 확산체를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제3 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 확산체는 슬롯 다이(100)의 토출구(131)에 규칙적으로 배열된 복수의 구형체를 사용할 수 있는데, 이는 잉크(20)가 규칙적으로 배열된 복수의 구형체 틈 사이로 용이하게 확산 유동할 수 있기 때문이다. 또한, 확산체를 구성하는 각각의 구형체는 세라믹 재질로 이루어질 수 있는데, 이는 세라믹 재질의 구형체는 우수한 내식성으로 인해 잉크(20)에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 도 6에서는 확산체가 세라믹 재질로 이루어진 복수의 구형체로 구성된 예를 들고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)는 내부에 잉크(20)의 확산을 도와주는 확산체를 설치함으로써, 슬롯 다이(100)의 토출구(131)로부터 토출되는 잉크(20)를 기판(10)에 균일하게 도포시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)의 토출구(131)는 하부 방향으로 개구된 복수의 슬릿(133)이 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 슬롯 다이의 제4 예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 심 플레이트(130)는 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)가 결합되는 면과 실질적으로 동일하게 형성된 얇은 판상 형태를 가지고, 제1 몸체(110)에 형성된 캐비티(111)와 연통하여 캐비티(111)에 수용된 잉크(20)를 토출시키는 토출구(131)가 형성되며, 토출구(131)와 인접한 위치에 하부 방향으로 개구된 복수의 슬릿(133)이 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)는 토출구(131)와 인접한 위치에 하부 방향으로 개구된 복수의 슬릿(133)을 형성함으로써, 슬롯 다이(100)의 토출구(131)로부터 토출되는 잉크(20)를 기판(10)에 균일하게 도포시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)에 구비된 영상 촬영부(200)는 적어도 하나의 제1 카메라(210)를 슬롯 다이(100)의 길이 방향을 따라 왕복 구동시키는 촬영 구동부(230)를 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치에 구비된 영상 촬영부의 다른 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8에 도시된 영상 촬영부(200)는, 도 1에 도시된 영상 촬영부(200)와는 달리, 1 개의 제1 카메라(210)를 슬롯 다이(100)의 길이 방향을 따라 왕복 구동시키는 촬영 구동부(230)를 더 포함할 수 있다. 이러한 촬영 구동부(230)는 제1 카메라(210)의 시야각(Field of view, FOV)이 작아 제1 카메라(210)가 심 플레이트(130)에 형성된 돌출부(132)와, 토출구(131)의 끝단에서 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 한번에 모두 촬영하지 못하는 경우에 제1 카메라(210)를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 또는, 촬영 구동부(230)는 코팅 공정이 수행되는 동안 1 개의 제1 카메라(210)를 심 플레이트(130)에 형성된 토출구(131)의 양 끝단을 왕복 이동시켜 슬롯 다이(100)의 양 끝단으로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 촬영하거나, 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)을 촬영하기 위해 사용될 수도 있다.
비록 자세히 도시되지는 않았으나, 촬영 구동부(230)는 직선 또는 회전 구동력을 발생시키는 구동 액츄에이터(231)와, 제1 카메라(210)를 고정시키고 구동 액츄에이터(231)에 연결되며 구동 액츄에이터(231)에 의해 구동되어 슬롯 다이(100)의 양 측을 왕복 이동하는 고정 블록(232)으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 구동 액츄에이터(231)는 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 발생된 회전 구동력을 볼 스크류(Ball screw)(도시되지 않음)에 의해 직선 구동력으로 변환하는 리니어 모션 시스템(Linear motion system)을 사용하여 구현될 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)의 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 9는 도 1에 도시된 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이(100)가 기판(10)에 잉크(20)를 도포하는 코팅 공정을 시작하면(S210), 영상 촬영부(200)는 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 실시간으로 촬영할 수 있다(S220). 영상 촬영부(200)가 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 실시간으로 촬영하는 동안(S220), 제어부(300)는 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)에 형성된 적어도 하나의 돌출부(132)를 기준으로 정상 조건에서 미리 정의된 기준 영상을 설정할 수 있다(S230).
마지막으로, 제어부(300)는 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상의 비교 결과에 따라, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태(예를 들어, 슬롯 다이(100)의 위치, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 토출량 등)를 판단한 후, 판단 결과에 따라 실제 촬영되는 잉크(20)의 형상을 정상 조건에서의 기준 영상에 맞출 수 있도록 슬롯 다이(100)의 동작을 제어할 수 있다(S240).
한편, 도 9에서는 단계 S220 내지 단계 S240은 실질적으로 동일한 순간에 수행될 수 있으며, 단계 S240 이후에 코팅 공정을 마칠 때까지 단계 S220 내지 단계 S240을 반복적으로 수행할 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1) 및 그 제어 방법을 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 9에 도시된 일 실시예와 동일한 구조 및 과정에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점 만을 위주로 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)는, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)의 구조에 슬롯 다이 구동부(400)와 잉크 공급부(500)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제어부(300)는 코팅 공정이 수행되는 동안 영상 촬영부(200)에 의해 촬영되는 영상, 즉, 제1 카메라(210)에 의해 촬영되는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1) 및 제2 카메라(220)를 통해 촬영되는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 기준 영상과 비교하여 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 판단한 후, 슬롯 다이(100)의 동작을 제어하기 위해 슬롯 다이(100)의 위치를 조절할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이 구동부(400)는 슬롯 다이(100)에 연결되며, 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상(M1, M1') 및 기준 영상(M0, M0')의 비교 결과에 따라 슬롯 다이(100)를 구동시켜 슬롯 다이(100)의 위치를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 카메라(210)가 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 실시한으로 촬영한 결과, 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)의 조절을 위해 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이의 간격(Gap)(H)을 조절할 필요가 있는 경우에는, 슬롯 다이 구동부(400)는 슬롯 다이(100)를 상하 방향으로 이동시켜 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이의 간격(Gap)(H)을 조절할 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 슬롯 다이 구동부(400)는 슬롯 다이(100)를 X 축(예를 들어, 기판(10)의 이송 방향), Y(예를 들어, 기판(10)의 폭 방향) 축 및 Z 축(예를 들어, 상하 방향)의 3 축 방향으로 직선 이동시킬 뿐 아니라, 수직 면 또는 수평 면 상에서 특정 축을 중심으로 회전(Rotating) 또는 틸팅(Titing)시킬 수도 있다. 이러한 슬롯 다이 구동부(400)는 슬롯 다이 구동부(400)를 3 축 방향으로 이동시키기 위해서는 리니어 모션 시스템(Linear motion system)을 사용할 수 있고, 슬롯 다이(100)를 회전 또는 틸팅시키기 위해서는 구동 모터, 회전 실린더 등 다양한 종류의 액츄에이터는 물론 조합된 리니어 모션 시스템을 사용할 수 있다.
잉크 공급부(500)는 슬롯 다이(100)에 연결되며, 잉크 저장 탱크(도시되지 않음)로부터 슬롯 다이(100)의 캐비티(111)까지 잉크(I)를 공급하고, 잉크(I)의 공급량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 카메라(210)가 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 실시한으로 촬영한 결과, 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)의 조절을 위해 잉크(20)의 공급량을 조절할 필요가 있는 경우에는, 잉크 공급부(500)는 슬롯 다이(100)로 공급되는 잉크(I)의 공급량을 조절할 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 잉크 공급부(500)는 잉크 저장 탱크와 슬롯 다이(100)를 연결하는 잉크 공급 배관과, 잉크 공급 배관에 설치되어 잉크(20)의 공급량을 제어하는 유량 제어 밸브 등으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 도 10에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)의 제어부(300)는 영상 촬영부(200)를 통해 촬영되는 영상(M1, M1')과 기준 영상(M0, M0')의 비교 결과에 따라, 실제 촬영되는 잉크(20)의 형상(M1, M1')을 정상 조건에서의 형상(M0, M0')에 맞출 수 있도록 슬롯 다이 구동부(400)를 제어하여 슬롯 다이(100)의 위치를 조절하고, 잉크 공급부(500)를 제어하여 슬롯 다이(100)로 공급되는 잉크(I)의 공급량을 조절할 수 있다.
한편, 기판(10)에 도포되는 잉크의 코팅 두께(Coating thickness)는, 기판(10)의 이송 속도가 일정하다는 가정 하에, 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)에 의해 결정되며, 이러한 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)은 슬롯 다이(100)와 기판(10) 사이의 간격(Gap)(H)과 슬롯 다이(100)로 공급되는 잉크(I)의 공급량에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 기판(10)에 코팅되는 잉크의 코팅 폭(Coating width)(W)을 일정하게 유지하기 위해, 슬롯 다이 구동부(400)와 잉크 공급부(500)를 적절하게 제어할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1)의 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 11은 도 10에 도시된 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이(100)가 기판(10)에 잉크(20)를 도포하는 코팅 공정을 시작하면(S310), 기판(10)의 이송 방향을 따라 슬롯 다이(100)의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 제1 카메라(210)가 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 실시간으로 촬영하고(S320), 슬롯 다이(100)의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치된 적어도 하나의 제2 카메라(220)가 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 실시간으로 촬영할 수 있다(S330).
도 1에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이 코팅 장치(1)가 기판(10)의 이송 방향을 따라 슬롯 다이(100)의 전단에 배치된 제1 카메라(210)와, 슬롯 다이(100)의 일단에 배치된 제2 카메라(220)를 구비하는 경우, 제1 카메라(210)는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 실시간으로 촬영하고, 제2 카메라(220)는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 실시간으로 촬영할 수 있다.
제1 카메라(210)와 제2 카메라(220)가 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 실시간으로 촬영하는 동안(S320, S330), 제어부(300)는 슬롯 다이(100)의 심 플레이트(130)에 형성된 적어도 하나의 돌출부(132)를 기준으로 제1 기준 영상(M0) 및 제2 기준 영상(M1)을 설정할 수 있다(S340). 제어부(300)가 심 플레이트(130)의 돌출부(132)를 기준으로 제1 기준 영상 및 제2 기준 영상을 설정하는 방법은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 과정과 실질적으로 동일하다.
이후, 제어부(300)는 적어도 하나의 제1 카메라(210)를 통해 실시간으로 촬영되는 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)과 제1 기준 영상(M0)을 비교하고(S350), 적어도 하나의 제2 카메라(220)를 통해 촬영되는 잉크(20)의 형상(M1')과 제2 기준 영상(M0')을 비교할 수 있다(S360).
마지막으로, 제어부(300)는 제1 카메라(210)를 통해 실제 촬영되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)과 제1 기준 영상(M0)의 비교 결과 및 제2 카메라(220)를 통해 실제 촬영되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')과 제2 기준 영상(M0')의 비교 결과에 따라, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 위치, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 토출량 등을 판단한 후, 슬롯 다이(100)의 위치를 이동시키는 슬롯 다이 구동부(400)를 제어하여 슬롯 다이(100)의 위치를 조절하고(S370), 슬롯 다이(100)로 잉크(20)를 공급하는 잉크 공급부(500)를 제어하여 슬롯 다이(100)로 공급되는 잉크(20)의 공급량을 조절할 수 있다(S380).
한편, 도 11에서는 단계 S320 내지 단계 S380은 실질적으로 동일한 순간에 수행될 수 있으며, 단계 S380 이후에 코팅 공정을 마칠 때까지 단계 S320 내지 단계 S380을 반복적으로 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1) 및 그 제어 방법의 경우, 슬롯 다이(100)를 이용한 코팅 공정이 수행되는 동안 영상 촬영부(200)를 통해 슬롯 다이(100)의 상태와 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 촬영하여 실시간으로 슬롯 다이(100)의 동작을 제어함으로써, 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고 기판(10)에 잉크(20)를 얇고 균일하게 도포할 수 있다. 또한, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 끝단 형상(Coating edge)(M1)을 촬영하는 제1 카메라(210)와, 슬롯 다이(100)로부터 토출되는 잉크(20)의 단면 형상(Meniscus)(M1')을 촬영하여 제2 카메라(220)를 포함하여 영상 촬영부(200)를 구성함으로써, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태와 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 촬영하여 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(1) 및 그 제어 방법의 경우, 심 플레이트(130)에 제1 몸체(110) 및 제2 몸체(120)의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부(132)를 형성하고, 제어부(300)가 이러한 적어도 하나의 돌출부(132)를 기준으로 기준 영상을 설정하여 실제 촬영된 영상과 비교하도록 함으로써, 코팅 공정이 수행되는 동안 슬롯 다이(100)의 상태 및 기판(10)에 도포되는 잉크(20)의 상태를 실시간으로 보다 정확하게 모니터링할 수 있다. 또한, 슬롯 다이 코팅 장치(1)를 구성하는 슬롯 다이(100)의 토출구(131)에 잉크(20)를 확산시키는 확산체를 구비함으로써, 기판(10)에 대한 잉크(20)의 도포 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서는 슬롯 다이(100)를 이용하여 기판(10)에 코팅 공정을 수행하는 코팅 장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 적용 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 슬롯 다이(100)를 이용하여 잉크(20)를 토출하여 기판(10) 상에 공정을 수행하는 장치라면 얼마든지 다양한 공정 및 기술 분야에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 슬롯 다이 코팅 장치(1)에서 슬롯 다이(100)를 이용하여 필름 형태의 기판(10)에 코팅 공정을 수행하는 코팅 장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 적용 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 슬롯 다이(100)를 이용하여 잉크(20)를 토출하여 기판(10) 상에 공정을 수행하는 장치라면 얼마든지 다양한 공정 및 기술 분야에도 적용될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 슬롯 다이 코팅 장치 10: 기판
100: 슬롯 다이 110: 제1 몸체
120: 제2 몸체 130: 심 플레이트
140: 확산체 200: 영상 촬영부
210: 제1 카메라 220: 제2 카메라
230: 촬영 구동부 300: 제어부
400: 슬롯 다이 구동부 500: 잉크 공급부

Claims (10)

  1. 기판에 잉크를 도포하여 코팅 공정을 수행하는 슬롯 다이;
    상기 슬롯 다이와 인접하게 위치하며, 상기 코팅 공정이 수행되는 동안 상기 슬롯 다이의 상태 및 상기 기판에 도포되는 상기 잉크의 상태를 촬영하는 영상 촬영부; 및
    상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 슬롯 다이는,
    외부로부터 공급된 상기 잉크가 수용되는 캐비티(Cavity)가 형성된 제1 몸체;
    상기 제1 몸체와 이격된 상태로 배치되는 제2 몸체; 및
    상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 사이에 결합되며, 상기 캐비티와 연통하여 상기 캐비티에 수용된 상기 잉크를 토출시키는 토출구가 형성되고, 상기 제1 몸체 및 상기 제2 몸체의 외부로 노출되는 적어도 하나의 돌출부가 형성된 심 플레이트(Shim plate)를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 돌출부를 기준으로 상기 기준 영상을 설정하고, 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상을 비교하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯 다이는,
    상기 토출구와 인접한 위치에 배치되며, 상기 토출구를 통해 토출되는 상기 잉크를 확산시키는 적어도 하나의 확산체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 토출구는 하부 방향으로 개구된 복수의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 촬영부는,
    상기 기판의 이송 방향을 따라 상기 슬롯 다이의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)을 촬영하는 적어도 하나의 제1 카메라; 및
    상기 슬롯 다이의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치되며, 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 단면 형상(Meniscus)을 촬영하는 적어도 하나의 제2 카메라를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 제1 카메라를 통해 촬영되는 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 제1 기준 영상을 비교하고, 상기 적어도 하나의 제2 카메라를 통해 촬영되는 잉크의 형상과 제2 기준 영상을 비교하여 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 촬영부는,
    상기 적어도 하나의 제1 카메라를 상기 슬롯 다이의 길이 방향을 따라 왕복 구동시키는 촬영 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯 다이에 연결되며, 상기 슬롯 다이를 구동시켜 상기 슬롯 다이의 위치를 이동시키는 슬롯 다이 구동부; 및
    상기 슬롯 다이에 연결되며, 상기 슬롯 다이로 상기 잉크를 공급하는 잉크 공급부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라, 상기 슬롯 다이 구동부를 제어하여 상기 슬롯 다이의 위치를 조절하고, 상기 잉크 공급부를 제어하여 상기 슬롯 다이로 공급되는 상기 잉크의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치.
  7. 슬롯 다이가 기판에 잉크를 도포하는 코팅 공정을 시작하는 단계;
    영상 촬영부가 상기 코팅 공정이 수행되는 동안 상기 슬롯 다이의 상태 및 상기 기판에 도포되는 상기 잉크의 상태를 촬영하는 단계;
    제어부가 상기 슬롯 다이에 구비된 심 플레이트(Shim plate)에 형성된 적어도 하나의 돌출부를 기준으로 기준 영상을 설정하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 영상 촬영부가 상기 슬롯 다이의 상태 및 상기 기판에 도포되는 상기 잉크의 상태를 촬영하는 단계는,
    상기 기판의 이송 방향을 따라 상기 슬롯 다이의 전단 및 후단 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 제1 카메라가 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)을 촬영하는 단계; 및
    상기 슬롯 다이의 양 끝단 중 적어도 하나의 일단에 배치된 적어도 하나의 제2 카메라가 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 단면 형상(Meniscus)을 촬영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 적어도 하나의 제1 카메라를 통해 촬영되는 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 제1 기준 영상을 비교하는 단계;
    상기 제어부가 상기 적어도 하나의 제2 카메라를 통해 촬영되는 상기 잉크의 형상과 제2 기준 영상을 비교하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 슬롯 다이로부터 토출되는 잉크의 끝단 형상(Coating edge)과 상기 제1 기준 영상의 비교 결과 및 상기 잉크의 형상과 상기 제2 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 영상 촬영부를 통해 촬영되는 영상과 상기 기준 영상의 비교 결과에 따라 상기 슬롯 다이의 동작을 제어하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 슬롯 다이의 위치를 이동시키는 슬롯 다이 구동부를 제어하여 상기 슬롯 다이의 위치를 조절하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 슬롯 다이로 상기 잉크를 공급하는 잉크 공급부를 제어하여 상기 슬롯 다이로 공급되는 상기 잉크의 공급량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코팅 장치의 제어 방법.
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