KR101653347B1

KR101653347B1 - 유연기판에 코팅용 용액을 코팅하는 장치

Info

Publication number: KR101653347B1
Application number: KR1020150167560A
Authority: KR
Inventors: 이승현; 최영만; 장윤석; 강동우; 이택민; 권신
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-09-01

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 유연기판에 코팅용 용액을 코팅하는 유연기판 코팅 장치로서, 유연기판을 공급하는 공급롤 후단에 배치되고, 상기 유연기판에 제1 코팅용 용액을 딥 코팅 방식으로 코팅하는 제1 코팅 유닛; 상기 제1 코팅 유닛의 후단에 배치되고, 상기 유연기판에 제2 코팅용 용액을 그라비아 방식으로 코팅하는 제2 코팅 유닛; 및 상기 제2 코팅 유닛의 후단에 배치되고 상기 유연기판을 건조시키는 건조유닛;을 포함하는 유연기판 코팅 장치를 제공한다.

Description

유연기판에 코팅용 용액을 코팅하는 장치 {Apparatus for applying coating solution to flexible substrate}

본 발명은 유연기판에 코팅용 용액을 코팅하는 유연기판 코팅 장치에 관한 것으로, 유연기판 내부와 외부 표면에 코팅용 용액을 균일하게 코팅할 수 있는 유연기판 코팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전도성 금속 필름을 형성하기 위해서는 유연기판에 전도성 금속을 코팅하는 공정을 거친다. 이러한 코팅 공정은 예를 들어 롤 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅, 플로우 코팅, 딥 코팅 등의 코팅법을 사용하여 코팅대상물 표면에 코팅액을 도포하고, 코팅대상물 표면의 코팅액을 건조하여 냉각시키는 방식으로 진행된다.

도1은 롤투롤(roll-to-roll) 이송방식과 딥(dip) 코팅법을 사용하는 종래의 전도성 금속 필름 코팅 장치를 개략적으로 나타낸다. 도1에 따르면, 롤투롤 이송방식을 이용하는 전도성 금속 필름 코팅장치는 공급롤(3)에 감겨있는 유연기판(1)이 풀려서 촉매코팅 유닛(4)과 전도성 금속 코팅 유닛(5)을 통과하며 처리되고 회수롤(6)에서 되감긴다. 촉매코팅 유닛(4)의 저장조에 촉매 용액이 저장되어 있고, 유연기판이 촉매코팅 유닛(4)에 함침되어 촉매가 유연기판에 코팅된다. 전도성 금속 코팅 유닛(5)의 저장조는 예컨대 전도성 잉크 조성물 포함하며, 촉매 코팅된 유연기판이 전도성 금속 코팅 유닛(5)의 저장조에 함침되어 잉크 조성물이 코팅된다.

그런데 이러한 롤투롤 이송방식의 전도성 금속 필름 코팅장치는 기본적으로 유연기판이 일정한 장력을 유지할 수 있도록 다수의 가이드 롤(9)에 의해 지지되어 이송되기 때문에, 촉매코팅 유닛(4)이나 전도성 금속 코팅 유닛(5)을 통과하며 촉매 또는 전도성 잉크로 코팅된 유연기판의 한쪽 면이 가이드 롤(9)에 의해 가압되고 마찰되면서 촉매나 전도성 잉크 코팅층이 손상되고 코팅 분포가 불균일하게 되는 문제가 있다.

특허문헌1: 한국 등록특허 제10-1501240호 (2015년 3월 12일 공고)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 딥 코팅 방식의 제1 코팅 유닛 및 이 제1 코팅 유닛 상방에 배치된 마이크로그라비아 방식의 제2 코팅 유닛을 포함하는 유연기판 코팅 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 코팅된 유연기판을 건조하는 건조유닛으로서, 중앙 슬롯에서 열풍이 나오고 유연기판의 유입구와 유출구에 인접한 슬롯으로 공기를 흡입하도록 구성하여 열풍이 건조유닛 외부로 유출되지 않도록 하는 유연기판 코팅 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 코팅 유닛을 제1 코팅 유닛의 상방에 배치하고 제2 코팅 유닛에서 한 쌍의 코팅롤 사이를 유연기판이 상방향으로 통과하도록 구성함으로써, 제2 코팅 유닛이 유연기판을 압착하고 추가로 코팅하여 유연기판에 코팅용 용액을 한층 더 균일하고 두껍게 코팅할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 코팅된 유연기판을 건조하는 건조유닛의 중앙 슬롯에서 열풍이 나오고 유연기판의 유입구와 유출구에 인접한 슬롯으로 공기를 흡입하도록 구성하여 열풍이 건조유닛 외부로 유출되지 않도록 하는 이점이 있다.

도1은 종래의 유연기판 코팅 장치를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판 코팅 장치를 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예에 따른 제2 코팅 유닛 및 건조유닛을 설명하기 위한 도면,
도4는 제2 코팅 유닛의 통과 전부터 통과 후까지의 유연기판의 코팅 과정을 설명하기 위한 도면,
도5는 일 실시예에 따라 건조유닛 내 가스를 정제하는 가스 정제 시스템을 설명하기 위한 도면,
도6은 일 실시예에 따른 유연기판 코팅 장치를 복수개 배열한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판 코팅 장치를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위해, 본 발명의 주요 특징부와 관련이 없는 공급롤(도1의 3), 회수롤(도1의 6) 등의 구성요소는 도시하지 않았음을 이해할 것이다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 유연기판 코팅 장치는 제1 코팅 유닛(10), 제2 코팅 유닛(20), 및 건조유닛(30)을 포함한다.

제1 코팅 유닛(10)은 유연기판(1)을 공급하는 공급롤(예컨대, 도1의 3)의 후단에 배치되고, 유연기판에 제1 코팅용 용액을 딥 코팅(dip coating) 방식으로 코팅한다. 이를 위해 제1 코팅 유닛(10)은 코팅용 용액(15)을 저장하는 저장조를 구비하고, 유연기판의 경로를 안내하는 하나 이상의 가이드 롤(11,12)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서 유연기판(1)은 종이, 폴리머 시트, 섬유, 유연 글라스, 및 직물지 중 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 적합한 (즉, 휘어질 수 있고 감길 수 있는) 임의의 유연소재를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서 언급되는 코팅용 용액은 유연기판에 코팅될 대상이 되는 재료가 용해된 용액으로서, 발명의 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어 본 발명의 유연기판 코팅 장치가 촉매 코팅에 사용되는 경우, 코팅용 용액은 촉매 용액이 될 수 있다. 이 경우 촉매의 종류는 후처리 공정에서 유연기판(1)에 코팅할 성분(예컨대 금속 성분)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 후처리 공정에서 알루미늄(Al) 코팅을 하는 경우 촉매는 티타늄이소프로폭사이드(Ti(O-i-Pr)4), 티타늄 클로라이드(TiCl4), 백금(Pt)계 촉매, 코발트(Co)계 촉매, 니켈(Ni)계 촉매, 망간(Mn)계 촉매, 아연(Zn)계 촉매 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

대안적 실시예에서, 본 발명의 유연기판 코팅 장치가 전도성 금속 필름 코팅에 사용되는 경우, 코팅용 용액은 전도성 잉크 조성물이 될 수 있다. 이 경우 전처리 공정으로서 위와 같이 유연기판에 촉매를 코팅하는 단계가 수행된 것을 전제로 할 수 있다. 촉매가 코팅된 후, 전도성 금속 필름을 코팅하기 위해, 금속 전구체를 포함하는 코팅용 용액(15)에 유연기판(1)을 함침하여 금속(예컨대 알루미늄) 층 또는 패턴을 형성할 수 있다.

이 대안적 실시예에서 코팅용 용액(15)은 용매 및 금속 전구체를 포함할 수 있고, 필요에 따라 용액 안정제를 더 포함할 수 있다. 용매는, 예를 들면, 물, 테트라히드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene)계 용매, 벤젠(benzene)계 용매, 알칸(alkane)계 용매, 옥세인(oxane)계 용매, 아민(amine)계 용매, 폴리올(polyol)계 용매 또는 이들의 조합일 수 있고, 금속 전구체는 예를 들어 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수소화물과 에테르 또는 아민 계열 물질의 복합체, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한 이 때 금속 전구체의 금속은 알루미늄(Al), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 또는 이들의 조합일 수 있다.

그 외에도 본 발명이 적용되는 구체적 실시 형태에 따라 코팅용 용액의 종류가 달라질 수 있음을 이해할 것이다. 다만 본 명세서의 이하의 도면 및 실시예에서는 설명의 편의상 전도성 금속 필름을 코팅하는 것으로 전제하고 설명하기로 한다.

다시 도2를 참조하면, 제2 코팅 유닛(20)은 유연기판(1)의 이동 경로상에서 제1 코팅 유닛(10)의 후단에 배치된다. 구체적으로, 제2 코팅 유닛(20)은 제1 코팅 유닛(10)의 수직 상방에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 코팅 유닛(10)에서 배출되는 유연기판이 별도의 가이드 롤 없이 상방향으로 상승하여 제2 코팅 유닛(20)으로 공급되므로, 종래에 가이드 롤에 의해 유연기판 경로가 변경되면서 가이드 롤이 유연기판을 눌러서 유연기판이 손상되거나 코팅용 용액 불균일하게 분포되는 것을 방지할 수 있다.

제2 코팅 유닛(20)은 유연기판(1)에 제2 코팅용 용액을 그라비아 방식으로 코팅할 수 있다. 제2 코팅용 용액은 제1 코팅용 용액과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으며, 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다.

일 실시예에서, 제2 코팅 유닛(20)은 한 쌍의 마이크로그라비아 코팅롤(21)을 포함하며, 한 쌍의 코팅롤(21) 사이로 유연기판(1)이 통과하도록 배치된다. 이에 따라 바람직하게는, 한 쌍의 코팅롤(21)이 유연기판(1)을 압착(squeeze)함과 동시에 제2 코팅용 용액을 유연기판 표면에 코팅하는 기능을 가진다.

즉 유연기판(1)이 한 쌍의 코팅롤(21) 사이를 통과할 때 양쪽 코팅롤(21)이 유연기판(1)을 가압함에 따라 유연기판 표면에 있던 제1 코팅용 용액의 일부는 유연기판 내부로 들어가고 일부는 표면에서 제거되어 전체적으로 제1 코팅용 용액이 유연기판의 내부에 균일하게 분산되고 유연기판 표면에서는 제1 코팅용 용액이 비교적 균일한 두께로 분포하게 될 수 있다.

또한 이 때 한 쌍의 코팅롤(21)은 마이크로그라비아 방식으로 유연기판(1) 표면을 제2 코팅용 용액으로 인쇄하게 되고, 이에 따라 유연기판의 표면에 제2 코팅용 용액이 추가로 균일하게 코팅된다.

이와 같은 제1 및 제2 코팅 유닛의 구성 및 배치에 의해, 종래에 함침에 의해 코팅되었던 코팅용 용액이 가이드 롤과 접촉할 때 유연기판에서 다시 빠져나오는 문제점을 해결하고 유연기판 내부 및 외부 표면에 균일하게 코팅할 수 있는 이점을 가진다.

건조유닛(30)은 제2 코팅 유닛(20)의 후단에 배치되고, 제2 코팅 유닛(20)을 통과하여 배출되는 유연기판을 건조시킨다. 바람직하게는, 건조유닛(30)이 제2 코팅 유닛(20)의 상방에 배치되고 건조유닛(30)과 제2 코팅 유닛(20) 사이에 별도의 가이드 롤이 없는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제2 코팅 유닛(20)을 통과한 유연기판이 가이드 롤에 의한 압착을 받지 않고 상방향으로 상승하여 건조유닛(30)에 바로 공급되어 건조될 수 있다. 건조유닛(30)의 예시적 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

한편 제1 코팅 유닛(10), 제2 코팅 유닛(20), 및 건조유닛(30)이 임의의 챔버(도시 생략) 내에 배치될 수 있다. 잉크 코팅 및 건조의 안정적 처리를 위해 유연기판 코팅 장치의 구성요소들을 불활성 가스 분위기 하에 배치하여 외부 공기와 차단하는 것이 요구될 수 있다. 일 실시예에서 이러한 불활성 가스로서 아르곤 가스가 사용될 수 있다.

도3은 일 실시예에 따른 제2 코팅 유닛 및 건조유닛을 설명하기 위한 도면으로, 도2의 제2 코팅 유닛(20)과 건조유닛(30)의 예시적 구성을 보다 구체적으로 나타낸다.

도면을 참조하면, 제2 코팅 유닛(20)은 제1 코팅 유닛(10)의 가이드 롤(12)의 상방향에 배치되고, 건조유닛(30)은 제2 코팅 유닛(20)의 상방향에 배치된다. 이에 따라, 제1 코팅 유닛(10)에서 배출되는 유연기판(1)이 좌우로 접히거나 구부러지지 않고 일직선으로 이송되어 제2 코팅 유닛(20)과 건조유닛(30)을 통과할 수 있다.

이 때, 제1 코팅 유닛(10)에서 배출되는 유연기판이 수직 방향으로 일직선 경로를 따라 상승해도 되지만 발명의 실시상황에서 구체적인 장치 설치 조건에 따라 유연기판이 경사를 갖는 경로로 이송되더라도 무방할 것이다. 또한 제1 코팅 유닛(10)과 제2 코팅 유닛(20) 사이에, 그리고 제2 코팅 유닛(20)과 건조유닛(30) 사이에 아무런 가이드 롤이 없는 것이 바람직할 수 있다.

도면을 참조하면, 제2 코팅 유닛(20)은 유연기판(1)에 제2 코팅용 용액을 그라비아 방식으로 코팅할 수 있다. 도시한 실시예에서 제2 코팅 유닛(20)은 한 쌍의 그라비아 코팅롤(21), 한 쌍의 디스펜서(23), 및 한 쌍의 닥터 블레이드(27)를 포함한다.

일 실시예에서 코팅롤(21)은 마이크로그라비아 코팅롤이다. 마이크로그라비아 코팅은 고속 코팅에 맞춰서 롤 크기를 작게 한 것으로, 코팅롤(21)의 표면에는 패턴 인쇄를 위한 셀(cell)이 음각으로 형성되어 있다. 실시 형태에 따라 한 쌍의 코팅롤(21)의 각 표면에 형성된 패턴이 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.

한 쌍의 코팅롤(21) 사이는 소정 간격 이격되어 있다. 이 소정 간격은 바람직하게는 유연기판이 일정한 압력을 받으면서 코팅롤(21) 사이를 통과할 수 있을 정도의 간격이며, 이 간격은 구체적 실시 형태에서 유연기판으로 사용되는 재질에 따라 달라질 수 있다.

한 쌍의 디스펜서(23)의 각각은 각 코팅롤(21)의 상부에 배치되어, 각 코팅롤(21)에 제2 코팅용 용액을 공급한다. 한 쌍의 닥터 블레이드(27)는 각 코팅롤(21)에 하나씩 배치되어, 각 코팅롤(21)의 표면에 뭍은 제2 코팅용 용액을 제거한다.

인쇄 대상인 유연기판(1)은 한 쌍의 코팅롤(21) 사이를 통과하도록 구성된다. 디스펜서(23)에서 공급되는 제2 코팅용 용액이 코팅롤(21) 표면의 음각 셀에 채워지고 닥터 블레이드(27)는 코팅롤(21)의 표면에 뭍은 제2 코팅용 용액을 제거한다. 유연기판(1)이 한 쌍의 코팅롤(21) 사이를 통과할 때 코팅롤(21)이 서로 마주보며 소정 압력으로 밀착하면서 회전하고 이에 따라 코팅롤(21)의 셀에 채워져 있던 제2 코팅용 용액이 유연기판의 양면에 각각 전사되어 인쇄된다.

이 때 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 코팅롤(21)의 각각은 유연기판(1)의 이동방향의 반대 방향으로 회전한다. 즉 도면에 화살표로 도시한 것처럼, 유연기판(1)이 아래에서 위쪽으로 이동할 때 도3의 왼쪽 코팅롤(21)은 시계방향으로 회전하고 오른쪽 코팅롤(21)은 반시계 방향으로 회전한다.

도4는 제2 코팅 유닛(20)의 통과 전후로 유연기판(1)의 코팅 과정을 설명하기 위한 도면이다. 설명을 위한 일 예로서 섬유 재질의 유연기판(1)을 사용한다고 가정한다. 도4(a)는 도3의 (a)지점에서의 유연기판의 단면을 도식적으로 나타낸다. (a) 지점은 유연기판(1)이 제1 코팅 유닛(10)에서 1차적으로 코팅된 후 제2 코팅 유닛(20)으로 유입되기 전의 상태로서, 제1 코팅용 용액의 일부가 유연기판의 내부로 흡수되어 충진하여 있고 유연기판의 표면에도 코팅용 용액이 불규칙하게 도포되어 있다.

그 후 도3의 (b)지점, 즉 한 쌍의 코팅롤(21)에 의해 유연기판이 압착되는 지점의 유연기판의 단면을 도4(b)로 도식적으로 나타내었다. 소정 간격 이격된 한 쌍의 코팅롤(21) 사이를 유연기판이 통과할 때 코팅롤(21)이 양방향에서 유연기판을 압착함에 따라 유연기판 내부의 코팅용 용액 중 일부는 밖으로 배출되고 나머지는 기판 내부에서 비교적 균일하게 분포하게 된다. 그리고 유연기판 표면에 도포된 코팅용 용액의 일부가 압착시 제거되어 도포층이 상대적으로 얇으면서 일정하게 만들어진다.

유연기판이 한 쌍의 코팅롤(21)을 통과할 때 또한 코팅롤(21)이 마이크로그라비아 방식으로 유연기판의 양면에 제2 코팅용 용액을 인쇄한다. 이에 따라, 예컨대 유연기판이 코팅롤(21)을 완전히 통과했을 때(예컨대 도3의 (c)지점에 있을 때) 유연기판의 단면은 도4(c)와 같은 모습을 가질 수 있다. 즉 도시한 바와 같이 제2 코팅용 용액이 유연기판의 양쪽 표면에 인쇄되어 유연기판 표면에 일정하고 균일한 코팅층이 형성될 수 있다.

이와 같이 제2 코팅 유닛(20)을 제1 코팅 유닛(10)의 상방에 배치하고 제2 코팅 유닛(20)에서 한 쌍의 코팅롤(21) 사이를 유연기판이 통과하도록 구성함으로써, 제2 코팅 유닛(20)이 유연기판을 압착하고 추가로 코팅하게 되어 유연기판의 내부와 표면에 코팅용 용액을 한층 더 균일하고 일정하게 코팅할 수 있는 이점이 있다.

또한 예컨대 천이나 섬유와 같이 액체 흡수율이 상대적으로 좋은 재질의 유연기판을 사용하는 경우, 제1 코팅 유닛(10)에서 딥 코팅을 하게 되면 유연기판이 불필요하게 과량의 코팅용 용액을 흡수하게 되어 건조 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 이 문제를 피하기 위해 예컨대 딥 코팅이 아닌 롤 코팅만 할 수도 있으나 이 경우 유연기판내부까지 코팅용 용액을 충분히 흡수하지 못하는 문제가 발생한다.

그러나 본 발명의 상술한 실시예에 따르면, 제1 코팅 유닛(10)에서 딥 코팅에 의해 유연기판 내부까지 충분히 코팅용 용액을 충진시키고 제2 코팅 유닛에서 유연기판 내 불필요한 과량의 잉크를 제거함과 동시에 외부 표면에 일정하게 잉크를 다시 도포함으로써, 유연기판 내부와 외부에 충분하면서 균일한 코팅을 수행할 수 있다.

한편 도3의 실시예에서는 한 쌍의 코팅롤(21)의 각각이 유연기판(1)의 이동방향의 반대 방향으로 회전하는 것으로 설명하였다. 그러나 대안적 실시예에서, 한 쌍의 코팅롤의 각각이 유연기판의 이동방향과 동일 방향으로 회전할 수 있다. 즉 유연기판(1)이 아래쪽에서 위쪽으로 이동할 때 도3의 왼쪽 코팅롤(21)은 반시계 방향으로 회전하고 오른쪽 코팅롤(21)은 시계 방향으로 회전하도록 구성할 수 있다.

도3에서, 제2 코팅 유닛(20)을 통과한 유연기판(1)은 상승하여 건조유닛(30)으로 공급된다. 일 실시예에서 제2 코팅 유닛(20)에서 배출되는 유연기판이 별도의 가이드 롤을 거치지 않고 상방향으로 이동하여 건조유닛(30)으로 공급될 수 있다.

도시한 실시예에서 건조유닛(30)은 고온 가스를 유연기판에 불어서 유연기판을 건조시키는 열풍 건조기이다. 일 실시예에서 고온 가스로서 고온의 아르곤 가스를 사용할 수 있다. 건조유닛(30)은 챔버(31) 및 챔버(31) 내에 배치된 한 쌍의 히팅부(35)를 포함한다. 챔버(31)는 유연기판(1)이 통과하는 경로상에 형성된 유입구(32)와 유출구(33)를 포함한다. 도시한 실시예에서 유입구(32)는 챔버(31)의 하부에 형성되고 유출구(33)는 챔버(31)의 상부에 형성되어 있다.

한 쌍의 히팅부(35)의 각각은 챔버(31) 내에서 유연기판(1)의 이동 경로의 좌우 양쪽에 각각 하나씩 배치된다. 도시한 것처럼 히팅부(35)는 예컨대 전기에 의해 가열되는 히팅코일과 같은 가열수단을 포함한다.

챔버(31)는 송풍구(36)와 흡기구(37)를 포함한다. 송풍구(36)를 통해 기체(예컨대 아르곤 가스)를 챔버(31) 내부로 불어주며, 챔버(31) 내부의 기체는 흡기구(37)를 통해 챔버(31) 외부로 배출된다. 도시한 실시예에서, 송풍구(36)는 히팅부(35)로 연결되어 있다. 이에 따라, 외부에서 공급되는 기체가 히팅부(35)에서 가열된 후 유연기판(1)을 향해 분출되어 유연기판(1)을 건조시킨다. 흡기구(37)는 챔버(31)의 유입구(32)와 유출구(33)의 각각에 인접하여 배치되어, 챔버(31) 내의 기체를 흡입한다. 흡기구(37)를 가능한 유입구(32)와 유출구(33)에 가깝게 배치하여, 챔버(31) 내의 기체가 유입구(32)와 유출구(33)로 빠져나가지 않고 흡기구(37)로 모두 흡입되도록 하는 것이 바람직하다. 특히 유연기판의 건조 과정에서 다량의 솔벤트와 같은 유해물질이 배출되므로, 이러한 물질이 유입구(32)나 유출구(33)를 통해 챔버(31) 외부로 누출되지 않도록 하는 것이 중요하다.

이를 위한 구성으로서 예컨대 챔버(31) 내부를 음압(negative pressure)으로 유지하도록 구성할 수도 있다. 예를들어 흡기구(37)에서 흡입하는 기체의 양이 송풍구(36)에서 배출하는 기체의 양보다 많도록 흡기량과 배기량을 조절할 수 있다.

도5는 일 실시예에 따라 고온의 가스를 생성하여 건조유닛(30)에 공급하고 가스를 정제하는 가스 정제 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도시한 실시예에서 이러한 가스 정제 시스템은 건조유닛(30)에 연결된 흡기덕트(38), 배기덕트(39), 분진 제거부(50), 솔벤트 제거부(60), 및 필터(70)를 포함할 수 있다.

흡기덕트(38)는 건조유닛(30)의 흡기구(37)와 연결되고, 건조유닛(30)의 챔버(31)로부터 흡입한 가스를 분진 제거부(50)로 전달한다. 이러한 기체 흐름을 위해 펌프 등의 구동수단이 필요하지만 설명의 편의를 위해 도시를 생략하였다.

일 실시예에서, 도2 또는 도3에 도시한 유연기판 코팅장치는 전체적으로 아르곤과 같은 불활성 기체 분위기하에서 동작할 수 있으며, 이 경우 건조유닛(30)의 챔버(31) 내부도 아르곤 가스로 채워질 수 있다. 그런데 건조유닛(30)의 챔버(31)로부터 흡기덕트(38)로 이송되는 기체는 예컨대 아르곤 가스가 주성분이되 기판 건조시 발생한 잉여 솔벤트, 각종 파티클, 먼지 등이 혼합되어 있다. 여기서 잉여 솔벤트는 코팅용 용액(15)의 용매가 휘발된 것이며, 각종 파티클은 예를 들어 코팅용 용액 중 촉매와 반응하지 않은 성분을 포함한다. 구체적 예로서, 알루미늄 전구체가 촉매와 반응하지 않고 산화되어 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 등의 파티클이 생성된다.

이와 같이 각종 불순물이 포함된 아르곤 가스가 흡기덕트(38)를 통해 분진 제거부(50)로 이송된다. 도시한 실시예에서 분진 제거부(50)는 액체(51)를 수용하는 용기를 포함하고, 흡기덕트(38)의 단부는 액체(51)에 침지되어 있다. 흡기덕트(38)로부터 이송된 기체가 액체(51)를 통과하면서 각종 파티클과 먼지 등 고체 성분이 액체에 용해되거나 침전되고, 기체 성분만이 배관을 통해 분진 제거부(50) 외부로 배출된다.

분진 제거부(50)를 통과한 기체는 솔벤트 제거부(60)로 전달된다. 일 실시예에서 솔벤트 제거부(60)는 솔벤트를 함유한 아르곤 가스와 차가운 냉매 사이의 열교환을 행하는 열교환기(61)를 포함할 수 있다. 도시한 실시예의 열교환기(61)에서 차가운 냉매가 흐르는 배관이 아르곤 가스가 흐르는 배관을 감싸도록 구성되고, 이에 따라 솔벤트를 함유한 아르곤 가스가 열교환기(61)를 통과할 때 솔벤트가 응축되고, 응축된 솔벤트는 아래의 용기(63)에 포집되어 제거된다.

대안적인 실시예에서 솔벤트 제거부(60)는 카본 또는 제올라이트 등으로 구성된 흡착제층으로 구성될 수 있고, 가스가 이러한 흡착제층을 통과할 때 솔벤트가 흡착제 표면에 흡착되어 가스 중의 솔벤트를 제거할 수 있다. 그 외에도 다른 방식의 솔벤트 제거 구조가 적용될 수 있으며 본 발명은 어느 특정 방식에 제한되지 않는다.

도시한 실시예에서, 가스 정제 시스템은 필터(70)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 솔벤트가 제거된 아르곤 가스는 필터(70)로 이송되고, 필터(70)는 먼지 등 불순물을 최종적으로 필터링한다. 필터링된 가스는 배기덕트(39)를 통하여 건조유닛(30)으로 다시 공급될 수 있다.

이상과 같이 상술한 도3의 건조유닛 및 도5의 가스 정제 시스템을 사용함으로써 다음과 같은 기술적 효과를 얻는다.

첫째, 열에너지를 집중하여 사용함으로써 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.

종래 일반적으로 유연기판을 향해 열풍을 불거나 적외선을 조사하여 유연기판을 가열하는 경우 열에너지가 유연기판에만 집중되지 않고 주위 공기까지 가열시키게 되어 건조유닛 외부의 온도를 상승시키고, 그 결과 제1 및 제2 코팅유닛(10,20)과 건조유닛(30)을 수용하는 챔버 전체의 온도를 불필요하게 상승시키게 되어 열에너지를 효율적으로 사용할 수 없는 문제가 있었다.

그러나 도3의 실시예의 건조유닛에 따르면 건조대상인 유연기판(1)에 바로 인접하여 히팅부(35)를 배치하고 송풍구(36)의 단부를 히팅부(35)와 연결하도록 구성하여, 히팅부(35)에 의해 가열된 아르곤 가스가 곧바로 유연기판(1)으로 분출되어 기판을 건조시키고 그 후 건조에 사용된 가스는 즉시 흡기구(37)를 통해 정제 시스템(도5)으로 회수되므로, 가열된 가스의 이동 경로를 건조 유닛(30) 내로 제한할 수 있고 열에너지가 건조유닛 외부로 불필요하게 분산되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 장치내 오염물질의 확산을 방지할 수 있다.

유연기판에 코팅된 코팅용 용액을 건조시킬 때 잉여 솔벤트, 산화알루미늄 등의 각종 파티클과 먼지 등이 오염물질(기체 및 고체 성분)이 생성되어 건조유닛(30) 내 분위기 가스에 혼합된다. 그런데 종래 기판 코팅 장치에서는 건조유닛 자체적으로 이러한 오염물질을 바로 흡수하여 제거하는 구성을 갖지 못하였고 코팅 유닛과 건조유닛을 전체적으로 둘러싸는 챔버 단위로 가스 정제부가 배치되었다. 따라서 이러한 종래 구성에서는 건조유닛에서 발생한 오염물질이 챔버 내의 다른 장치 유닛까지 확산되어 장치수명에 악영향을 끼칠 수 있고 특히 코팅 유닛에 도달한 오염물질이 기판 코팅과정에 영향을 주어 코팅 품질이 저하되는 등 여러 문제가 발생할 수 있다.

그러나 본 발명에 따른 건조유닛 및 가스 정제 시스템에 따르면, 유연기판 건조에 사용된 가스를 흡기구(37)를 통해 즉시 흡입하여 정제하므로, 기판 건조시 발생하는 솔벤트 등 각종 오염물질이 건조유닛 외부로 확산되는 것을 방지하고 유연기판 코팅 장치의 챔버내의 제1 및 제2 코팅 유닛(10,20) 등의 다른 장치 유닛을 오염시키는 것을 방지한다.

이제 도6을 참조하여 유연기판 코팅 장치를 복수개 배열한 실시예를 설명하기로 한다. 도6은 일 실시예에 따라 유연기판 코팅 장치를 복수개 배열한 구성을 도시한 것으로, 유연기판(1)에 전도성 금속 필름을 코팅하는 경우를 예로서 가정하였다.

도시한 실시예에서, 좌측의 제1 코팅 유닛(110)과 제2 코팅 유닛(120)은 촉매 코팅을 위한 코팅 장치이고, 우측의 제1 코팅 유닛(210)과 제2 코팅 유닛(220)은 전도성 잉크 조성물을 코팅하기 위한 장치이다.

좌측의 코팅 장치에서 제1 코팅 유닛(110)은 도2의 제1 코팅 유닛(10)과 동일 또는 유사한 구조와 기능을 가지며, 다만 제1 코팅용 용액(115)은 촉매 용액이다. 제2 코팅 유닛(120)은 도2의 제2 코팅 유닛(20)과 동일 또는 유사한 구조와 기능을 가지며, 제2 코팅용 용액은 제1 코팅용 용액과 동일한 촉매 용액이 사용될 수 있다. 또한 도6의 건조유닛(130)은 도2의 건조유닛(30)과 동일 또는 유사한 구조와 기능을 가진다.

마찬가지로, 도6의 우측의 코팅 장치에서 제1 코팅 유닛(210), 제2 코팅 유닛(220), 및 건조유닛(230)은 각각 도2의 제1 코팅 유닛(10), 제2 코팅 유닛(20), 및 건조유닛(30)에 대응하며 각기 동일 또는 유사한 구조와 기능을 가진다. 다만 도6에서 제1 코팅용 용액(215)과 제2 코팅용 용액으로 전도성 잉크 조성물이 사용될 수 있다.

이러한 구성에서, 공급롤에서 공급되는 유연기판(1)은 도면의 좌측에서 우측으로 이송되어 좌측의 촉매 코팅용 제1 코팅 유닛(110)에 공급된다. 유연기판은 제1 코팅 유닛(110)의 저장조에 저장된 제1 코팅용 용액(115)에 함침되어 1차적으로 코팅된 후 상방향으로 이송되어 제2 코팅 유닛(120)을 통과한다. 제2 코팅 유닛(20)에 공급되는 제2 코팅용 용액은 제1 코팅용 용액과 동일한 용액일 수 있다.

유연기판은 제2 코팅 유닛(20)을 통과하면서 압착 및 코팅 처리가 되고, 도4(c)에 도시한 것처럼 촉매 용액이 유연기판 내부와 외부 표면에 균일하게 분포하도록 코팅될 수 있다. 그 후 유연기판은 상방향으로 이송되어 건조유닛(130)을 통과하면서 건조되고, 복수개의 가이드 롤(141)에 의해 가이드되어 우측의 전도성 잉크 조성물 코팅용 장치로 이송된다.

촉매코팅된 유연기판은 우측의 제1 코팅 유닛(210)의 저장조에 저장된 제1 코팅용 용액(215)에 함침되어 전도성 잉크 조성물로 1차 코팅되고, 그 후 상방향으로 이송되어 제2 코팅 유닛(220)을 통과하면서 압착 및 코팅 처리되어, 전도성 잉크가 도4(c)에 도시한 것처럼 유연기판의 내부와 외부 표면에 균일하게 코팅될 수 있다. 그 후 유연기판은 상방향으로 이송되어 건조유닛(230)을 통과하면서 건조되고, 복수개의 가이드 롤(141)에 의해 가이드되어 회수롤에 공급될 수 있다.

이상 도6에 도시한 전도성 금속 필름 코팅 장치에서는 본 발명에 따른 유연기판 코팅 장치를 2단으로 직렬로 배치한 구성을 예로서 설명하였다. 그러나 본 발명에 따른 유연기판 코팅 장치는 이러한 구조에 한정되지 않고 구체적 실시 형태에 따라 다양한 배치와 구조로 변형될 수 있다. 예를 들어 필요에 따라 2단, 3단 등의 복수의 단으로 직렬 배치하여 구성할 수 있으며, 구체적 실시 형태에 따라 코팅용 용액을 달리하여 유연기판에 여러 재료들을 코팅하는데 적용될 수 있다.

이상과 같이 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 상술한 실시예 외에도 다양한 변형례가 있을 수 있다. 이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 유연기판
10: 제1 코팅 유닛
11, 12, 41: 가이드 롤
20: 제2 코팅 유닛
21: 코팅롤
30: 건조유닛
50: 분진 제거부
60: 솔벤트 제거부
70: 필터

Claims

유연기판에 코팅용 용액을 코팅하는 유연기판 코팅 장치로서,
유연기판을 공급하는 공급롤 후단에 배치되고, 상기 유연기판에 제1 코팅용 용액을 딥 코팅(dip coating) 방식으로 코팅하는 제1 코팅 유닛;
상기 제1 코팅 유닛의 후단에 배치되고, 상기 유연기판에 제2 코팅용 용액을 그라비아 방식으로 코팅하는 제2 코팅 유닛; 및
상기 제2 코팅 유닛의 후단에 배치되고 상기 유연기판을 건조시키는 건조유닛;을 포함하고,
상기 제2 코팅 유닛이,
각각의 표면에 인쇄하고자 하는 패턴이 음각의 셀로 형성된, 한 쌍의 마이크로그라비아 코팅롤;
상기 각 코팅롤의 상부에서 각 코팅롤에 제2 코팅용 용액을 공급하는 디스펜서; 및
상기 각 코팅롤의 표면에 뭍은 제2 코팅용 용액을 제거하는 닥터 블레이드;를 포함하고,
상기 제1 코팅 유닛에서 배출되는 유연기판이 상기 제2 코팅 유닛의 상기 한 쌍의 코팅롤 사이를 통과하는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 코팅 유닛은,
상기 제1 코팅용 용액을 저장하고 있는 저장조;
상기 저장조 내에 배치되어, 유연기판이 상기 저장조에 함침되었다가 위로 상승하는 경로를 갖도록 하는 하나 이상의 가이드 롤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 코팅 유닛의 상기 저장조에 함침되어 코팅된 유연기판이 직선 경로로 상승하여 상기 제2 코팅 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 코팅롤의 각각이 상기 유연기판의 이동방향의 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 건조유닛(30)이,
유연기판이 통과하는 경로상에 형성된 유입구(32)와 유출구(33)를 갖는 챔버(31); 및
상기 챔버 내에 배치되고, 챔버 외부에서 공급되는 가스를 가열하는 히팅부(35);를 포함하고,
상기 제2 코팅 유닛을 통과한 유연기판이 상기 건조유닛의 상기 챔버 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 챔버(31)가,
상기 유연기판의 양면을 향해 고온의 가스를 배출하는 송풍구(36); 및
상기 챔버의 유입구와 유출구의 각각에 인접하여 배치되어, 챔버 내의 가스를 흡입하는 흡기구(37);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 흡기구에서 흡입하는 가스의 양이 상기 송풍구에서 배출하는 가스의 양보다 많아서 상기 챔버의 내부가 음압으로 유지되는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 흡기구와 연결된 흡기덕트(38);
상기 흡기덕트로부터 나오는 가스에서 파티클 및 분진을 제거하는 분진 제거부(50);
상기 분진 제거부(50)를 통과한 가스에서 솔벤트를 제거하는 솔벤트 제거부(60); 및
상기 솔벤트 제거부를 통과한 가스를 상기 송풍구로 전달하는 배기덕트(39);를 포함하고,
상기 챔버 내의 가스의 적어도 일부가 상기 분진 제거부 및 솔벤트 제거부를 통과하여 상기 챔버로 다시 공급되는 것을 특징으로 하는 유연기판 코팅 장치.