KR102141630B1 - 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름의 진행을 가이드 하도록 마련된 복수 개의 롤; 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에서, 필름의 제1 면을 가열하도록 배치되며, 필름의 제1 면으로부터 소정 간격 떨어져 위치한 제1 히터; 및 제1 히터의 온도를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 필름 건조 장치가 제공된다.

Description

필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템{Apparatus for drying film and film manufacturing system comprising the same}
본 발명은 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템에 관한 것이다.
필름의 용매를 건조시키는 과정에서 필름이 진행하는 방향으로 전단응력(shear stress)이 발생한다. 상기 전단응력은 필름의 진행속도 및 외기에 의해서 발생한다.
전단응력은 필름 표면 결함 및 두께 편차 등의 원인이 되고, 이는 광학 코팅의 품질 저하 및 생산성 저하의 주요 원인이 된다.
또한, 양산 공정에서, 코터부와 건조부 사이에 공조에 의해 필름의 건조 초기 영향을 많이 받을 수 있는 설비 구조가 많다. 그러나 외기의 영향을 줄이기 위해 공조를 원활하게 하지 않을 경우, 폭발 및 화재의 발생 가능성이 있기 때문에, 코터부와 건조부 사이 구간에서 원활한 공조 및 배기는 필수이다.
따라서 건조 초기 외기가 필름에 미칠 수 있는 영향 및 필름 진행으로 인해 발생하는 전단응력 최소화를 위한 방안 및 이를 구현하기 위한 설비가 필요하다.
한국공개특허공보 제10-2018-0044539호(2018.05.03.)
본 발명은 필름 주행에 따라 전단 응력 발생을 최소화할 수 있는 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름의 진행을 가이드 하도록 마련된 복수 개의 롤; 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에서, 필름의 제1 면을 가열하도록 배치되며, 필름의 제1 면으로부터 소정 간격 떨어져 위치한 제1 히터; 및 제1 히터의 온도를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 필름 건조 장치가 제공된다.
또한, 본 발명이 또 다른 측면에 따르면, 필름의 제1 면에 코팅액을 도포하기 위한 코터; 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에 배치된 상기 필름 건조 장치; 및 필름 건조 장치를 통과한 필름을 건조하기 위한 하나 이상의 열풍 히터가 구비된 건조기를 포함하는 필름 제조 시스템이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템에 따르면, 수직방향으로 주행하는 필름 주위에 자연대류로 유동을 발생시킴으로써, 필름 주행에 따라 전단 응력 발생을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 제조 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 건조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 필름 건조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 히터의 온도에 따른 주변 온도 분포를 나타내는 해석 결과이다.
도 5는 히터 온도에 따라 y축 방향 속도 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 6은 히터 온도에 따른 전단 응력을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 제조 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 제조 시스템(1)을 나타내는 구성도이다.
본 문서에서 필름(30)은 기재 상에 코팅액이 도포되는 형태의 필름일 수 있고, 특히, 광학 필름일 수 있으며, 예를 들어, OLED 필름일 수 있다. 필름(30)은 코팅액이 도포되는 제1 면(31) 및 제1 면(31)의 반대방향의 제2 면(32)을 갖는다. 즉, 상기 제1 면(31)은 코팅액이 도포된 코팅면이다. 또한, 상기 필름 제조 시스템(1)은 롤-투-롤(Roll to roll, 101, 102, 103) 방식으로 필름을 이송하도록 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 제조 시스템(1)은 필름(30)의 제1 면(31)에 코팅액을 도포하기 위한 코터(10)를 포함한다. 상기 필름(30)은 코터(10)에서 제1 면(31)에 코팅액이 도포된 후, 필름 건조 장치(100) 및 건조기(20)를 차례로 통과하게 된다. 즉, 일 실시예에 따른 필름 제조 시스템(1)은 필름의 주행방향을 따라 차례로 배열된 코터(10), 필름 건조 장치(100) 및 건조기(20)를 포함한다.
상기 필름 제조 시스템(1)은 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에 배치된 필름 건조 장치(100)를 포함한다. 상기 필름 건조 장치(100)는 코터(10) 및 건조기(20) 사이에 마련되고, 코터(10)를 통과한 필름(30)의 제1 면(31)을 예비 건조하는 기능을 수행하며, 코터(10)에서 건조기(20)로 주행하는 구간에서, 외기에 의해 필름(30) 표면(제1 면)에 결함이 발생하는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
또한, 필름 제조 시스템(1)은 필름 건조 장치(100)를 통과한 필름을 건조하기 위한 하나 이상의 열풍 히터가 구비된 건조기(20)를 포함한다. 상기 건조기(20)는 열풍 히터 및 IR 히터 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 필름 건조 장치(100)는 중력이 작용하는 방향(이하, '중력방향'이라고도 함)의 반대방향 측으로 필름의 진행을 가이드 하도록 마련된 복수 개의 롤(101, 102)을 포함한다. 이때, 복수 개의 롤(101, 102)은 필름(30)을 중력방향과 반대방향인 수직방향(도 1의 y축 방향)으로 이송시키도록 마련될 수 있다. 한편, 본 문서에서 '하강기류'라 함은 중력방향으로 유동하는 기류를 의미하고, '상승기류'라 함은 중력방향의 반대방향으로 유동하는 기류를 의미할 수 있다.
또한, 필름 건조 장치(100)는 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에서, 필름(30)의 제1 면(31)을 가열하도록 배치되며, 필름(30)의 제1 면(31)으로부터 소정 간격(G) 떨어져 위치한 제1 히터(110)를 포함한다.
제1 히터(110)는 온도 조절 가능한 평판 형태의 히터일 수 있다. 예를 들어, 제1 히터(110)는 내부에 온수(및/또는 열매)가 통과하는 복수 개의 배관을 가질 수 있다. 또한, 제1 히터(110)는 필름(30)의 제1 면(31)과 평행하게 배치된 발열면을 가질 수 있다. 즉, 필름(30)의 제1 면(31)과 평행한 발열면에서 균일하게 열이 필름(30)이 제1 면(31) 측으로 발산될 수 있다.
또한, 필름 건조 장치(100)는 제1 히터(110)의 온도를 조절하기 위한 제어부(210)를 포함한다.
또한, 필름 건조 장치(100)는 필름(30)의 제1 면(31)과 반대방향의 제2 면(32)을 가열하도록 배치된 하나 이상의 제2 히터(120)를 포함할 수 있다. 제2 히터(120)는 제1 히터(110)와 독립적으로 운전되도록 마련될 수 있다. 즉, 제2 히터(120)는 제1 히터(110)와 서로 다른 온도로 유지되도록 제어될 수 있다. 제2 히터(120)는 필름(30)의 용매 증발에 필요한 열량을 공급하는 보조 기능을 수행하며, 제1 히터(110)의 온도 이하의 온도로 유지될 수 있다. 또한, 제2 히터(120)는 제1 히터(110)와 동일한 종류의 히터로 구성될 수 있다.
한편, 제1 히터(110)가 작동하면, 필름(30)의 제1 면(31)과 제1 히터(110) 사이 공간(S)에 필름의 주행방향과 평행한 상승 기류가 발생하게 된다. 구체적으로, 필름(30)이 수직으로 주행되는 구간에서 제1 히터를 작동시켜 가열함으로써, 주변 공기가 가열되고, 밀도가 낮아져서 필름 주행방향과 같은 방향의 상승 기류가 발생하게 된다. 즉, 제1 히터(110)의 온도를 조절함으로써, 주변 온도를 변화시키고, 온도 변화로 인한 밀도 변화를 유도함으로써, 자연대류에 의한 상승 기류를 발생시킬 수 있다.
이때, 상승기류의 특성(속도 등)은 필름의 주행속도, 제1 히터(110)의 온도, 필름(30)과 제1 히터(110) 사이의 간격(G) 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있다.
이때, 제어부(210)는, 공간(G) 내의 상승 기류의 속도 및 필름의 주행속도의 차이가 최소가 되도록 제1 히터(110)의 온도를 제어할 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 공간(G) 내의 상승 기류의 속도 및 필름(30)의 주행속도가 동일해지도록 제1 히터(110)의 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 건조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 필름 건조 장치는 제1 히터(130) 및 필름(30)의 제1 면(31) 사이 간격(G)을 조절하도록 제1 히터(130)에 연결된 구동부(220)를 추가로 포함할 수 있다. 구동부(220)는 예를 들어, 실린더(유압 또는 공압) 또는 모터를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 제어부(210)는, 상승 기류의 속도 및 필름의 주행속도의 차이가 최소가 되도록 제1 히터(130)의 온도, 및 제1 히터(130) 및 필름의 코팅면(31) 사이 간격 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 특히, 제어부(210)는, 상승 기류의 속도 및 필름의 주행속도가 동일해지도록 제1 히터(130)의 온도, 및 제1 히터(130) 및 필름의 코팅면(31) 사이 간격 중 적어도 하나를 조절하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제1 히터(130)의 온도는 상온 이상일 수 있고, 특히, 50℃ 내지 90℃ 사이로 조절될 수 있으며, 상기 간격(G)은 5 내지 20mm일 수 있다
도 2를 참조하면, 제1 히터(130)는 필름이 수직으로 상승하는 구간에 걸쳐 단일의 제1 히터(130)로 구성될 수 있다. 이때, 제1 히터(130)는 필름이 수직으로 상승하는 구간에 걸쳐 평행한 평탄면의 발열면을 가질 수 있다. 이러한 구조에서, 외기가 상기 공간(G)으로 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 공간(G) 내에 상승기류(300)를 균일하게 발생시킬 수 있다. 또한, 제1 히터(130)는 필름의 주행방향(MD)을 따라 적어도 2개의 서로 다른 영역에서 온도가 다르게 조절될 수 있도록 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 필름 건조 장치를 나타내는 개략도이다.
이와는 다르게 도 3을 참조하면, 제1 히터(110)는 필름의 주행방향을 따라 복수 개로 구비될 수 있다. 또한, 인접하는 2개의 제1 히터(110) 사이에는, 사이 공간으로 기류가 유동하는 것을 방지하기 위한 가림부재(140)가 배치될 수 있다. 이때, 각각의 제1 히터(110)는 필름이 수직으로 상승하는 구간에 걸쳐 평행한 평탄면의 발열면을 가질 수 있다. 이러한 구조에서, 외기가 상기 공간(G)으로 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 공간(G) 내에 상승기류(300)를 균일하게 발생시킬 수 있다. 또한, 각각의 제1 히터(110)는 온도가 다르게 조절될 수 있도록 구성될 수도 있다.
도 4는 히터의 온도에 따른 주변 온도 분포를 나타내는 해석 결과이고, 도 5는 히터 온도에 따라 y축 방향 속도 프로파일을 나타내는 그래프이며, 도 6은 히터 온도에 따른 전단 응력을 나타내는 그래프이다.
도 4는 필름 운전속도가 13m/min이고, 제1 히터(110, Plate)의 온도가 15℃, 40℃, 80℃, 140℃인 경우, 제1 히터(110) 주변의 온도 분포를 나타내는 해석 결과이다. 상기 해석은 온도에 대한 공기 밀도 변화로 인한 자연대류를 풀기 위해 ANSYS FLUENT 19.1으로 수행하였다.
도 5는 히터 온도에 따라 y축 방향 속도 프로파일을 나타내는 그래프로서, 제1 히터(110, Plate)의 온도가 15℃, 70℃, 140℃인 경우의 속도 프로파일을 나타내며, 제1 히터의 온도가 70℃일 때, 필름의 표면(제1 면)으로부터 약 5mm정도 되는 구간에서, 상승 기류의 속도 구배가 작게 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 히터 온도 및 간격(G)에 따른 전단 응력을 나타내는 그래프로서, 도 5와 마찬가지로, 제1 히터의 온도가 70℃일 때 전단 응력(shear stress)이 최소가 되는 것을 확인할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
1: 필름 제조 시스템
10: 코터
20: 건조기
30: 필름
100: 필름 건조 장치
110, 120, 130: 히터

Claims (12)

  1. 중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름의 진행을 가이드 하도록 마련된 복수 개의 롤;
    중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에서, 필름의 제1 면을 가열하도록 배치되며, 필름의 제1 면으로부터 소정 간격 떨어져 위치한 제1 히터;
    필름의 제1 면과 반대방향의 제2 면을 가열하도록 배치된 하나 이상의 제2 히터;
    제1 히터 및 필름의 제1 면 사이 간격을 조절하도록 제1 히터에 연결된 구동부; 및
    제1 및 제2 히터의 온도를 조절하기 위한 제어부를 포함하며,
    제2 히터는 제1 히터와 서로 다른 온도로 유지되도록 제어되며,
    제1 히터가 작동하면, 필름의 제1 면과 제1 히터 사이 공간에 필름의 주행방향과 평행한 상승 기류가 발생하고,
    제어부는, 상승 기류의 속도 및 필름의 주행속도의 차이가 최소가 되도록 제1 히터와 필름의 코팅면 사이 간격 및 제1 히터의 온도를 조절하는, 필름 건조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    제1 히터는 필름의 주행방향을 따라 복수 개로 구비되며,
    인접하는 2개의 제1 히터 사이에는, 사이 공간으로 기류가 유동하는 것을 방지하기 위한 가림부재가 배치된 필름 건조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제1 면은 코팅액이 도포된 코팅면인 필름 건조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 롤은 필름을 중력방향과 반대방향인 수직방향으로 이송시키도록 마련된 필름 건조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제1 히터는, 필름의 제1 면과 평행하게 배치된 발열면을 갖는 필름 건조 장치.
  12. 필름의 제1 면에 코팅액을 도포하기 위한 코터;
    중력이 작용하는 방향의 반대방향 측으로 필름이 주행하는 구간에 배치된 제 1 항에 따른 필름 건조 장치; 및
    필름 건조 장치를 통과한 필름을 건조하기 위한 하나 이상의 열풍 히터가 구비된 건조기를 포함하는 필름 제조 시스템.
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