KR102081338B1 - 러빙 롤러 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

러빙 롤러는 탄소섬유강화복합재료(Carbon Fiber Reinforced Plastic; 이하, CFRP)로 이루어진 원통 형상의 몸체, 상기 몸체의 외주면에 코팅되며 탄소 소재 물질로 이루어진 본드 코팅층 및 상기 본드 코팅층의 외주면에 부착된 금속층을 포함한다.

Description

러빙 롤러 및 이의 제조 방법{RUBBING ROLLER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 러빙 롤러 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 액정표시장치의 액정 분자들이 균일하게 배열되도록 미세홈 형태를 갖는 배향막을 형성하기 위한 러빙 롤러 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 크게 액정 분자들의 복굴절 특성을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널 및 상기 액정표시패널의 하부에서 광을 공급하는 백라이트 어셈블리로 구성된다.

이중, 상기 액정표시패널은 영상을 표시하기 위하여 화소전극과 이를 스위칭하는 박막트랜지스터가 격자 형태로 배열된 박막트랜지스터 기판 및 상기 액정 분자들이 사이에 개재되도록 상기 박막트랜지스터 기판과 마주하며 RGB 화소가 박막 형태로 형성된 컬러필터 기판을 포함한다. 이때, 상기 박막트랜지스터 기판과 상기 컬러필터 기판의 상기 액정 분자들과 마주하는 면에는 상기 액정 분자들의 균일한 배열을 위하여 배향막이 형성된다.

이러한 배향막은 러빙포가 그 외주면에 부착된 러빙 롤러로 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판의 마주하는 면을 러빙하여 미세홈 형태로 형성된다. 이에, 상기 배향막은 균일한 미세홈 형태를 갖기 위하여 일정한 러빙 각도, 일정한 압력, 일정한 속도, 상기 러빙 롤러와 상기 박막트랜지스터 기판 또는 상기 컬러필터 기판 사이의 평행도, 마찰시 발생되는 먼지와 정전기 제거 및 상기 러빙포의 접착 상태 등이 중요한 요소로 적용된다. 특히, 이 요소들 중 상기 러빙 롤러와 상기 박막트랜지스터 기판 또는 상기 컬러필터 기판 사이의 평행도는 상기 미세홈이 매우 정밀하게 형성되므로, 가장 중요한 요소로 간주되고 있다.

그러나, 상기 러빙 롤러는 전체적으로 금속 재질의 원통 형상을 가짐으로 인하여, 최근 대면적화 추세에 있는 액정표시장치에 따라 사이즈가 커진 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판을 러빙할 때 그 중심 부분이 무게를 견디지 못하고 처짐으로써, 상기의 평행도를 유지하지 못하는 치명적인 문제점이 발생될 수 있다.

(특허 문헌1)일본공개특허공보(특개평5-88179호; 공개일 1993.04.09, 러빙 롤러, 액정 소자의 제조 방법 및 액정 장치)

본 발명의 목적은 대면적화된 기판과의 평행도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 그 외주면에 금속층이 안정하게 부착되는 러빙 롤러를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 러빙 롤러를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 러빙 롤러는 탄소섬유강화복합재료(Carbon Fiber Reinforced Plastic; 이하, CFRP)로 이루어진 원통 형상의 몸체, 상기 몸체의 외주면에 코팅되며 탄소 소재 물질로 이루어진 본드 코팅층 및 상기 본드 코팅층의 외주면에 부착된 금속층을 포함한다.

일 실시예에 따른 상기 본드 코팅층은 그라파이트(graphite) 또는 카본 블랙(carbon black) 재질을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 본드 코팅층은 2 내지 5 e-6(m/m)/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 본드 코팅층은 10 내지 1000㎛의 두께를 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 본드 코팅층은 1.5 내지 15㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 러빙 롤러의 제조 방법은 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진 원통 형상의 몸체를 준비하는 단계, 상기 몸체의 외주면에 바인더 수지 및 솔벤트를 포함하는 탄소 소재 물질을 코팅하는 단계, 상기 코팅된 탄소 소재 물질을 열경화하여 상기 바인더 수지 및 상기 솔벤트가 일부 또는 전체 제거되면서 안정화된 본드 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 본드 코팅층의 외주면에 금속 물질을 용사 코팅하여 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따른 상기 코팅된 물질은 그라파이트(graphite) 또는 카본 블랙(carbon black) 재질을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 코팅된 물질은 2 내지 5 e-6(m/m)/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 열경화하여 본드 코팅층을 형성하는 단계는 상온에서 자연 건조하는 단계 및 80 내지 400℃의 온도로 열경화하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 자연 건조하는 단계 및 상기 80 내지 400℃의 온도로 열경화하는 단계들은 각각 0.5 내지 72시간 동안 진행될 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 롤러의 제조 방법은 상기 본드 코팅층을 형성하는 단계 이후에, 상기 본드 코팅층을 1.5 내지 15㎛의 표면 거칠기를 갖도록 샌딩(sanding) 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이러한 러빙 롤러 및 이의 제조 방법에 따르면, 고강도의 특성을 갖는 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진 몸체를 기본 프레임으로 포함하는 러빙 롤러를 사용하여 기판, 예컨대 액정표시장치의 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판을 대상으로 미세홈 형태를 갖는 배향막을 형성하기 위한 러빙 공정을 수행함으로써, 최근 상기 액정표시장치의 대면적화 추세에 따라 사이즈가 커진 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판에 대응하여 그 길이가 길어질 경우에도 중심 부분이 처지지 않고 이들과의 평행도를 안정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 평행도가 안정하게 유지된 러빙 롤러를 이용하여 상기 배향막의 미세홈을 보다 정밀하게 형성할 수 있다.

또한, 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진 몸체는 재질적인 특성에 따른 표면 거칠기로 인하여 이물질이 쉽게 발생되어 고정밀의 러빙 공정을 수행하기 어려우므로, 그 외주면에 표면 거칠기가 현저하는 낮은 금속 물질을 용사 코팅한다. 이에, 본 발명은 상기 몸체의 외주면에 안정하게 부착 경화된 상기 본드 코팅층을 형성한 다음, 상기 본드 코팅층의 외주면에 용사 코팅하여 상기 금속층을 형성함으로써, 상기 금속층을 상기 본드 코팅층을 통하여 보다 향상된 접착력으로 부착시킬 수 있다. 이로써, 본 발명에 의해서 제조된 러빙 롤러를 사용하면, 상기 미세홈 형태의 배향막을 매우 정밀하고 안정하게 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 러빙 롤러의 부품 수명을 연장시켜 이에 따른 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 러빙 롤러를 개략적으로 나타낸 사시 도면이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선을 따라 절단한 단면 도면이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 러빙 롤러를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 러빙 롤러 및 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 러빙 롤러를 개략적으로 나타낸 사시 도면이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선을 따라 절단한 단면 도면이며, 도 3은 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 러빙 롤러(100)는 기판을 대상으로 러빙 공정을 수행하는데 사용된다.

예를 들어, 상기 러빙 롤러(100)는 액정표시장치의 액정 분자들이 사이에 개재되는 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판에 상기 액정 분자들을 균일하게 배열하기 위하여 미세홈 형태의 배향막을 형성하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 러빙 롤러(100)는 그 표면에 부착되는 러빙포(미도시)를 통해 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판을 러빙하여 미세홈을 형성할 수 있다.

상기 러빙 롤러(100)는 기본 프레임 역할을 하는 원통 형상의 몸체(200)를 포함한다. 상기 몸체(200)는 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진다. 여기서, 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)는 탄소 섬유와 이들을 서로 결합시키는 다양한 종류의 열경화성 수지와의 복합재료로써, 상기 탄소 섬유의 구조에 의해 강도가 매우 강할 뿐만 아니라 비중은 알루미늄(aluminium)의 약 60% 정도로 초경량의 특징을 갖는다. 또한, 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)는 열팽창 계수가 약 1 e^-6(m/m)/K 정도로 매우 낮아 열수축 및 열팽창이 거의 발생되지 않는다. 또한, 상기 몸체(200)는 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)의 고강도 특성에 따라 그 중심을 가로지르는 중공(210)을 형성하여도 충분한 강도를 가지므로 이를 통해 그 무게를 더욱 가볍게 할 수 있다.

이와 같이, 상기 러빙 롤러(100)의 기본 프레임 역할을 하는 몸체(200)를 상기 고강도의 특성을 갖는 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 형성함으로써, 최근 상기 액정표시장치의 대면적화 추세에 따라 사이즈가 커진 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판에 대응하여 그 길이가 길어질 경우에도 중심 부분이 처지지 않고 이들과의 평행도를 안정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 평행도가 안정하게 유지된 러빙 롤러(100)를 이용하여 상기 배향막의 미세홈을 보다 정밀하게 형성할 수 있다.

이때, 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진 몸체(200)는 재질적인 특성 상 금속 재질보다는 상당히 높은 표면 거칠기를 가질 수밖에 없다. 이럴 경우, 상기 몸체(200)는 그 표면에서 이물질이 쉽게 발생될 뿐만 아니라, 상기 러빙포(미도시)를 교환하고자 이를 부착시킨 접착 테이프를 제거할 때 상기 접착 테이프의 접착 물질이 그 거친 표면에 남아 있으므로, 상기 배향막과 같이 고정밀도가 요구되는 러빙 공정을 수행하는데 한계를 가지고 있다.

이에, 상기 몸체(200)는 외주면에 플라즈마를 통해 용사 코팅하여 금속층(300)을 형성한다. 상기 금속층(300)은 기본적으로 표면 거칠기 정도가 거의 없으면서 내부식성이 우수한 스테인리스강(stainless steel; 이하, SUS)로 이루어질 수 있다.

이렇게 상기 금속층(300)이 상기 몸체(200)의 외주면에 직접 용사 코팅할 경우에는 약 1000℃ 정도의 고온에서 용융된 금속 입자가 상기 몸체(200)의 탄소섬유강화복합재료(CFRP) 표면에 부착되어 순간적으로 자연 냉각되는데, 이 과정에서 상기 몸체(200)의 표면에서 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)에 포함되어 있는 수지 성분이 같이 용융되면서 표면적을 저하시킴과 동시에, 형질과 형상도 변형되어 상기 금속층(300)의 접착력을 떨어뜨리는 결과가 초래될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 몸체(200)의 탄소섬유강화복합재료(CFRP)는 그 재질적 특성 상 상기 금속층(300)의 열팽창 계수 5 e^-6(m/m)/K와 현저한 차이를 보이기 때문에, 공정 중 주위의 온도 변화에 의해 상기 금속층(300)이 박리되는 현상이 발생될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명의 러빙 롤러(100)는 상기 몸체(200)와 상기 금속층(300)의 사이에 상기 금속층(300)의 접착력을 향상시키기 위한 본드 코팅층(400)을 더 포함할 수 있다.

상기 본드 코팅층(400)은 상기의 설명에서와 같이 상기 금속층(300)을 용사 코팅할 때 접착력 저하를 초래했던 수지 성질이 소멸된 물질로 이루어진다. 또한, 상기 본드 코팅층(400)은 상기 몸체(200)에 안정하게 접착되도록 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)와 유사한 특성을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에, 상기 본드 코팅층(400)은 일 예로, 고탄성 탄소의 결합으로 이루어진 그라파이트(graphite) 또는 카본 블랙(carbon black) 재질로 이루어질 수 있다.

이들 중 그라파이트(graphite) 재질은 진공 및 불활성 분위기에서는 약 2000℃, 대기 중에서는 탄소(C)의 산화 온도인 약 450℃까지 견디는 우수한 내열성을 가지므로, 상기 금속층(300)을 플라즈마를 통해 용사 코팅할 때 발생되는 약 1000℃의 고온에 대해서도 형태 변형 없이 그대로 유지될 수 있다. 즉, 상기 형태 변형에 따라 발생될 수 있는 상기 금속층(300)의 접착력 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 본드 코팅층(400)은 상기 몸체(200)와 상기 금속층(300) 사이에서 이들의 현저한 열팽창 계수 차이를 보상하기 위하여 이들의 중간값인 약 2 내지 5 e^-6(m/m)/K의 열팽창 계수를 갖는 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 본드 코팅층(400)은 약 10 내지 1000㎛의 두께(t1)를 가질 수 있다. 이는, 상기 본드 코팅층(400)의 두께(t1)가 약 10㎛ 미만일 경우에는 너무 얇아서 상기 몸체(200)와 상기 금속층(300) 사이에서 그 접착력을 향상시키는 역할을 수행하기 어려우므로 바람직하지 않고, 약 1000㎛를 초과할 경우에는 상기 러빙 롤러(100)의 전체 규격 내에서 상기 금속층(300)을 확보하지 못할 뿐만 아니라 상기 그라파이트(graphite)가 매우 고가임에 따라 재료 비용이 증가하므로 바람직하지 않기 때문이다.

이와 더불어, 상기 본드 코팅층(400)의 외주면에 형성된 금속층(300)의 두께(t2)는 약 300 내지 500㎛를 갖는 것이 바람직하다. 이는, 상기 금속층(300)의 두께(t2)가 약 300㎛ 미만일 경우에는 강도가 너무 약하여 상기 러빙 공정 중 손상될 가능성이 높아 상기 러빙 롤러(100)의 수명을 단축시킬 수 있으므로 바람직하지 않고, 약 500㎛를 초과할 경우에는 플라즈마를 통해 용사 코팅한 후 공냉시키는 도중 자체의 금속 입자들 간의 응력이 커지게 되어 어느 순간 크랙(crack)이 발생될 수 있으므로 바람직하지 않기 때문이다.

또한, 상기 본드 코팅층(400)은 상기 금속층(300)과의 충분한 접착력을 위하여 약 1.5 내지 15㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 이는, 상기 본드 코팅층(400)의 표면 거칠기가 약 1.5㎛ 미만일 경우에는 그 표면적이 너무 좁아 상기 금속층(300)과의 접착력을 저하시켜 박리 현상이 발생될 수 있으므로 바람직하지 않고, 약 15㎛를 초과할 경우에는 그 거친 홈의 깊이가 상기 본드 코팅층(400)의 두께(t1)를 초과하여 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)에 손상을 줄 수 있으므로 바람직하지 않기 때문이다.

이하, 상기에서 설명한 러빙 롤러(100)를 실질적으로 제조하는 방법에 대해서 도 4를 추가적으로 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 4는 도 1에 도시된 러빙 롤러를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 추가적으로 참조하면, 우선 상기 러빙 롤러(100)를 제조하기 위하여 고강도 및 초경량 특성을 갖는 탄소 섬유와 다양한 종류의 열경화성 수지가 복합된 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진 원통 형상의 몸체(200)를 준비한다(S100).

이어서, 상기 몸체(200)의 외주면에 탄소 소재 물질을 슬러리 상태로 코팅한다(S200). 구체적으로, 상기 몸체(200)의 외주면에 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)와 유사한 특성을 갖는 탄소 소재의 슬러리 물질을 도포, 침적 또는 분사 방식을 이용하여 코팅할 수 있다. 여기서, 상기 탄소 소재의 슬러리 물질은 상기 몸체(200)의 외주면에 코팅되도록 탄소 입자들 간을 서로 접착, 안정화 시키는 바인더 수지와 슬러리화 혼합을 위한 변성 알코올 및 유기 용매 등의 솔벤트를 포함한다. 이때, 상기 바인더 수지에는 열가소성 수지계열인 에폭시, 페놀 수지 등이 사용될 수 있으며, 분산, 입자간 접착, 열경화 등의 작용을 일으킬 수 있다. 또한, 상기 변성 알코올을 일 예로, 메탄올, 이소프로필알코올(IPA) 또는 에탄올 등을 들 수 있고, 상기 유기 용매는 아세톤, 톨루엔 또는 핵산을 일 예로 들 수 있다. 이에, 상기의 솔벤트를 사용하면, 상기 탄소 소재의 슬러리 물질을 도포, 침적, 분사 등의 방식으로 코팅할 때 필요한 조건인 혼합 조성 물질 비율, 종류, 입도 등에 따른 점성, 흐름성이 조절된 혼합 슬러리 상태의 탄소 소재 물질을 얻을 수 있다.

이렇게 얻어진 탄소 소재의 슬러리 물질을 코팅하면 이에 포함되어 있는 초미립의 탄소 입자가 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)의 탄소 섬유와 슬립(slip) 작용을 하면서 상기 탄소 섬유와 상기 열경화성 수지 사이의 공극 및 입계에 침투함과 동시에, 상기 초미립의 탄소 입자와 상기 탄소 섬유 간의 동종 탄화물에 따른 상호 흡착에 의해 단일층으로 고착 경화되어 강한 접착력으로 코팅 될 수 있다. 여기서, 상기 탄소 소재의 물질은 일 예로, 그라파이트(graphite) 또는 카본블랙(carbon black)을 포함할 수 있다.

이어서, 상기 단일층으로 코팅된 물질을 그에 포함되어 있는 바인더 수지와 변성 알코올 및 유기 용제 등의 솔벤트가 반응 및 일부 또는 전체가 제거, 즉 휘발되도록 열경화하여 상기 본드 코팅층(400)을 형성한다(S300). 이때, 상기 수지 성분을 포함하여 내부의 다른 첨가물 또는 촉진 등의 불순물도 제거, 휘발 되도록 열경화하여 상기 본드 코팅층(400)을 안정화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 소재의 물질을 열경화하면 휘발 반응이 진행되어 상기 수지 성분과 상기 불순물이 제거되면서 그 내부가 매우 안정적인 결합 구조를 가지게 된다. 이러한 본드 코팅층(400) 형성 단계(S300)는 상온에서 자연 경화하는 과정과 이를 다시 고온으로 열경화하는 과정으로 구분되어 진행될 수 있다.

이때, 상기 자연 경화하는 과정은 상기 S200 단계에서 상기 바인더 수지 및 솔벤트를 포함하는 물질로 코팅한 상태 그대로 안정화시키기 위한 것으로 약 0.5 내지 72시간 동안 진행되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 자연 경화하는 과정을 약 0.5시간 미만으로 진행할 경우에는 시간이 너무 짧아 상기 S200 단계에서 코팅한 상태가 안정화되지 못하며, 이때 진행되는 솔벤트의 휘발 반응이 적합하게 진행되지 못하므로 바람직하지 않고, 약 72시간을 초과하여 진행할 경우에는 상기 S200 단계에서 상기 코팅한 상태가 충분히 안정화되지만 너무 긴 공정 시간으로 인하여 비용 증가가 발생되므로 바람직하지 않기 때문이다. 여기서, 상기 자연 경화하는 시간은 상기 탄소 소재의 물질 종류 및 이에 포함되어 있는 바인더 및 솔벤트 성분의 종류, 혼합 비율에 따라 상기의 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 고온으로 열경화하는 과정은 상기에서 안정화된 코팅층을 고온으로 열경화하여 실질적으로 상기 바인더 수지 및 솔벤트의 반응, 경화, 휘발 및 공정 과정에서 발생되는 불순물이 제거되도록 열경화하는 것으로, 구체적으로 약 80 내지 400℃의 온도에서 열경화할 수 있다. 이는, 상기 열경화하는 과정을 온도를 약 80℃ 미만으로 진행할 경우에는 그 온도가 너무 낮아 실질적으로 열에 의한 경화가 진행되지 않으므로 바람직하지 않고, 약 400℃를 초과하여 진행할 경우에는 그 온도가 너무 높아 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)에 포함된 열경화 수지를 용융, 표면 연화시켜 이로 인해 접착력이 저하되므로 바람직하지 않기 때문이다. 여기서, 상기 열경화하는 온도는 상기 탄소 소재의 슬러리 물질의 종류, 이에 포함되어 있는 바인더 수지 및 솔벤트의 종류 및 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)에 포함되어 있는 열경화성 수지의 종류에 따라 상기의 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 열경화하는 과정은 약 0.5 내지 72시간 동안 진행되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 열경화하는 과정을 약 0.5시간 미만으로 진행할 경우에는 시간이 너무 짧아 상기 바인더 수지 및 솔벤트와 상기 불순물을 제거하기 위한 휘발 반응이 진행되지 않으므로 바람직하지 않고, 약 72시간을 초과하여 진행할 경우에는 상기 자연 경화하는 과정과 마찬가지로 너무 긴 공정 시간으로 인하여 비용 증가가 발생되므로 바람직하지 않기 때문이다. 여기서, 상기 열경화하는 시간은 상기 바인더 수지 및 솔벤트를 포함하는 물질로 코팅한 두께, 이에 포함되어 있는 바인더 수지 및 솔벤트의 종류 및 그 비율에 따라 상기의 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

이와 같은 열경화 과정은 대기 중 산소와의 반응에 의한 물질 상태 변형이 발생되지 않도록 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기에서 진행하는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 열경화 과정은 산소와의 반응이 발생되는 반응 온도인 450℃ 이상에 도달하지 않아 산소와의 반응 정도가 실질적으로 치명적인 문제를 야기하지 않게 공정이 설계된다면 대기 분위기에서도 진행될 수 있음을 이해할 수 있다.

또한, 상기 열경화 과정을 진행하여 상기 바인더 수지 및 솔벤트와 상기 불순물이 제거되어 형성된 본드 코팅층(400)은 냉각용 가스 또는 공기의 투입을 통해 급냉시켜 그 결합 구조를 더욱 안정화시킬 수 있다. 한편, 상기 바인더 수지 및 솔벤트를 포함하는 물질로 코팅하는 단계(S200)와 상기 바인더 수지 및 솔벤트가 일부 또는 전체 제거되면서 안정화된 본드 코팅층(400)을 형성하는 단계(S300)는 상기 본드 코팅층(400)의 목표 두께에 따라 일정 횟수 반복적으로 진행될 수도 있다. 이에, 상기 본드 코팅층(400)은 상기 도 1 내지 도 3을 참조한 설명에서와 같이 약 10 내지 1000㎛의 두께(t1)로 형성될 수 있다.

이하, 상기에서 설명한 본드 코팅층(400)을 실질적으로 형성하는 방법에 대하여 아래와 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

상기 본드 코팅층(400)을 형성하기 위하여, 먼저 나노 내지 마이크로 입도의 그라파이트(graphite) 또는 카본 블랙(carbon) 파우더가 에탄올과 분산 및 혼합된 혼합 슬러리를 준비한다. 이어, 유기 용매인 아세톤과 에폭시 수지를 희석한 희석 용액을 상기에서 준비한 혼합 슬러리와 교반하여 탄소 소재의 슬러리 물질을 준비한다. 이때, 상기 혼합 슬러리와 상기 희석 용액은 균일한 분산을 위해 별도로 제조하여 혼합 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄소 소재의 슬러리 물질은 분사 공정을 통해 코팅 될 수 있게 점성 및 흐름성을 조절하여 준비된다, 또한, 상기 혼합 슬러리는 상온에서 서서히 경화하여 자연스런 휘발을 통해 혼합 조성비를 잃을 수 있으므로 조재 후 즉시 사용하여야 하며, 필요할 경우 대기와 완벽하게 차폐될 수 있는 용기에 담아 영하 이하의 저온 환경에서 보관하는 것이 바람직하다. 이어, 상기 탄소 소재의 슬러리 물질을 분사 장치를 통해 표면 가공 또는 세정 공정을 완료한 상기 몸체(200)의 외주면에 분사하여 약 300 내지 400㎛ 두께로 코팅층을 형성한다. 이어, 상기 코팅한 상태 그대로 자연 대기 환경에서 약 1일 정도 안정화 및 건조과정을 거쳐 분산 알코올 및 유기 용매가 휘발되면서 상기 몸체(200)의 외주면에 상기 코팅된 탄소 소재 물질이 더욱 안정화된 상태로 치밀하게 고착되도록 한다. 이때, 상기 고착화된 두께는 필요에 따라 기준보다 더 얇거나 더 두껍게 형성될 수 있다. 이어, 상기 고착화 상태의 탄소 소재 물질을 상기 몸체(200)와 같이 열처리 오븐에 장입하여 약 130℃에서 약 8시간 정도 1차 열처리 한 후 약 300℃에서 약 24시간 2차 열처리 과정을 진행한다. 이에, 상기 열처리 과정에서 상기에서 혼합된 에폭시 수지 및 잔류 유기 용매는 고온에 의해 반응, 경화하여 흡착 및 입자간 접착 강도를 상승시키면서 더욱 견고하고 치밀한 본드 코팅층(400)이 형성된다. 구체적으로, 고온에 노출된 에폭시 수지 및 다른 유기 물질은 주 소재인 탄소 소재와 동소체로 변화되어 안정화되고 잔류 유기 용매는 휘발하여 단일 물질의 본드 코팅층(400)이 형성되도록 한다. 이어, 상기 열처리 과정을 거친 본드 코팅층(400)은 온도 변화에 우수한 안정성을 가지게 되므로 자연 냉각 혹은 강제 냉각을 통해 상온까지 냉각시킨다. 상기와 같은 본 다른 실시예의 공정들은 1회 진행하여 본드 코팅층(400)을 얻을 수도 있으나, 수차례 반복적으로 진행하여 더욱 치밀하거나, 두꺼운 본드 코팅층(400)을 얻을 수 있다.

상기 S300 단계에 이어서, 상기 안정화된 본드 코팅층(400)의 표면을 샌딩(sanding) 처리한다(S400). 이때, 상기 본드 코팅층(400)의 샌딩 처리는 상기 도 1 내지 도 3을 참조한 설명에서와 같이 그 표면 거칠기가 약 1.5 내지 15㎛를 갖도록 진행될 수 있다.

이어서, 상기 바인더 수지 및 솔벤트가 일부 또는 전체가 제거되면서 안정화된 본드 코팅층(400)의 외주면에 금속 물질을 플라즈마 또는 화염(flame), 방전(arcing)을 통해 용사 코팅하여 금속층(300)을 형성한다(S500). 여기서, 상기 금속 물질은 일 예로, 스테인리스(SUS) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도 1 내지 도 3을 참조한 설명에서와 같이 상기 금속층(300)은 약 300 내지 500㎛ 두께(t2)로 형성될 수 있다. 이후, 상기 금속층(300)의 외주면에 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판에 미세홈 형태의 배향막을 형성하기 위하여 상기 러빙포(미도시)가 부착될 수 있다.

이와 같이, 상기 몸체(200)의 외주면에 안정하게 부착 경화된 상기 본드 코팅층(400)을 형성한 다음, 상기 금속 물질을 상기 본드 코팅층(400)의 외주면에 용사 코팅하여 상기 금속층(300)을 형성함으로써, 상기 금속층(300)을 상기 본드 코팅층(400)을 통하여 보다 향상된 접착력으로 부착시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 금속층(300)을 상기 탄소섬유강화복합재료(CFRP)의 표면에 용사 코팅하였을 제1 경우와 본 발명에서와 같이 상기 금속층(300)을 상기 본드 코팅층(400)에 용사 코팅한 제2 경우에 있어서, 이 제1 및 제2 경우들에서의 접착 강도를 측정한 결과, 상기 제1 경우에서는 약 2 내지 3MPa이 측정되었는데 반해, 상기 본 발명에 따른 제2 경우에서는 상기 제1 경우보다 현저하게 높은 약 7 내지 8MPa이 측정되어, 상기의 효과를 분명하게 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의해서 제조된 러빙 롤러(100)를 사용하면, 상기 박막트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판에 미세홈 형태의 배향막을 매우 정밀하고 안정하게 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 금속층(300)의 접착력 향상으로 인해 상기 러빙 롤러(100)의 부품 수명을 연장시켜 이에 따른 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고강도의 특성을 갖는 탄소섬유강화복합재료(CFRP)로 이루어진 몸체를 기본 프레임으로 포함하는 러빙 롤러를 사용함으로써, 대면적 기판을 대상으로 러빙 공정을 수행할 때 이 기판과의 평행도를 정밀하게 유지하는데 활용될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 몸체의 외주면에 안정하게 부착 경화된 상기 본드 코팅층을 형성한 다음, 상기 본드 코팅층의 외주면에 용사 코팅하여 상기 금속층을 형성함으로써, 상기 금속층의 접착력을 향상시켜 상기 러빙 롤러의 부품 수명을 연장시키는데 효과적으로 활용될 수 있다.

100 : 러빙 롤러 200 : 몸체
210 : 중공 300 : 금속층
400 : 본드 코팅층

Claims (12)

1. 탄소섬유강화복합재료(Carbon Fiber Reinforced Plastic; CFRP)로 이루어진 원통 형상의 몸체;
   상기 몸체의 외주면에 코팅되며, 탄소 소재 물질로 이루어진 본드 코팅층; 및
   상기 본드 코팅층의 외주면에 부착된 금속층을 포함하고,
   상기 몸체와 상기 금속층 사이의 열팽창 계수 차이를 보상하기 위해 상기 본드 코팅층의 열팽창 계수는 상기 몸체의 열팽창 계수보다 크고 상기 금속층의 열팽창 계수와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 러빙 롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 본드 코팅층은 그라파이트(graphite) 또는 카본 블랙(carbon black) 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러.
3. 제1항에 있어서, 상기 본드 코팅층은 2 내지 5 e^-6(m/m)/K의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러.
4. 제1항에 있어서, 상기 본드 코팅층은 10 내지 1000㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러.
5. 제1항에 있어서, 상기 본드 코팅층은 1.5 내지 15㎛의 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러.
6. 탄소섬유강화복합재료(Carbon Fiber Reinforced Plastic; CFRP)로 이루어진 원통 형상의 몸체를 준비하는 단계;
   상기 몸체의 외주면에 바인더 수지 및 솔벤트를 포함하는 탄소 소재 물질을 코팅하는 단계;
   상기 코팅된 탄소 소재 물질을 열경화하여 상기 바인더 수지 및 상기 솔벤트가 일부 또는 전체 제거되면서 안정화된 본드 코팅층을 형성하는 단계; 및
   상기 본드 코팅층의 외주면에 금속 물질을 용사 코팅하여 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 몸체와 상기 금속층 사이의 열팽창 계수 차이를 보상하기 위해 상기 본드 코팅층의 열팽창 계수는 상기 몸체의 열팽창 계수보다 크고 상기 금속층의 열팽창 계수와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 코팅된 물질은 그라파이트(graphite), 카본 블랙(Carbon Black) 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 코팅된 물질은 2 내지 5 e^-6(m/m)/K의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 열경화하여 본드 코팅층을 형성하는 단계는
   상온에서 자연 건조하는 단계; 및
   80 내지 400℃의 온도로 열경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 자연 건조하는 단계 및 상기 80 내지 400℃의 온도로 열경화하는 단계들은 각각 0.5 내지 72시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 본드 코팅층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 본드 코팅층을 샌딩(sanding) 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 본드 코팅층을 샌딩 처리하는 단계에서는 상기 본드 코팅층을 1.5 내지 15㎛의 표면 거칠기를 갖도록 샌딩 처리하는 것을 특징으로 하는 러빙 롤러의 제조 방법.

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