KR102559843B1 - Performance control method and device of large-area transparent water repellent film according to process parameters based on roll-to-roll continuous process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 방법은 기능성 필름을 생성하는 롤투롤(Roll-to-roll) 연속 공정 상에서 기판(substrate)의 슬롯 다이 코팅(Slot-die coating) 과정에 대한 진입 시점을 검출하는 단계; 상기 진입 시점을 기준으로 상기 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출하는 단계; 상기 장력의 세기가 인가된 상기 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 상기 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측하는 단계; 상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따라 상기 기능성 필름의 성능을 예측하는 단계; 및 성능 예측 결과를 기초로 상기 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 상기 장력의 세기를 조절하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method and apparatus for controlling the performance of a transparent water repellent film based on a roll-to-roll continuous process. detecting the intensity of tension applied to the substrate based on the entry time point; estimating the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the strength of the tension is applied; Predicting the performance of the functional film according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and adjusting the strength of the tension to achieve a predetermined target performance for the functional film based on a performance prediction result.
Description
본 발명은 성능 제어 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 박막을 형성하는 슬롯 다이 코팅 과정에서 기판에 인가되는 장력을 조절하여 최종 생산되는 필름의 성능을 제어할 수 있는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a performance control technology, and more particularly, to a method and apparatus for controlling the performance of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process capable of controlling the performance of a final film produced by adjusting the tension applied to a substrate in a slot die coating process for forming a thin film on the substrate.
대량, 고속 생산을 위한 롤투롤(Roll-to-roll) 연속 공정은 최근 주목받고 있는 공정 중 하나이다. 롤투롤 연속 공정은 장력을 견인력으로 하여 유연한 필름(film)에 코팅 및 인쇄를 통해 기능성 필름을 생산하는 공정에 해당할 수 있다.A roll-to-roll continuous process for mass and high-speed production is one of the processes that have recently attracted attention. The roll-to-roll continuous process may correspond to a process of producing a functional film through coating and printing on a flexible film using tension as a traction force.
기능성 필름의 균일한 박막 형성을 위한 코팅 방법은 그라비어(Gravure), 블레이드(Blade), 스프레이(Spray), 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 등을 포함할 수 있다. 여기에서, 슬롯-다이 코팅 방법은 정밀 가공된 두 개의 다이(die) 사이로 펌프를 통한 유체가 공급되어 일정한 두께의 박막을 형성하는 방법에 해당할 수 있다. 특히, 슬롯-다이 코팅 방법은 높은 균일도와 박막 형성을 하는데 적합함과 더불어 여러 공정 조건을 적절하게 설정함으로써 예측 가능한 박막 두께를 형성할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.A coating method for forming a uniform thin film of a functional film may include gravure, blade, spray, slot-die coating, and the like. Here, the slot-die coating method may correspond to a method of forming a thin film having a constant thickness by supplying a fluid through a pump between two precisely processed dies. In particular, the slot-die coating method may have the advantage of being suitable for forming thin films with high uniformity and forming predictable thin film thicknesses by appropriately setting various process conditions.
최근에 슬롯-다이 코팅 방법은 박막 광학 필름, 액정표시장치(liquid crystal display), 유기태양전지, 터치스크린 등의 산업분야로 그 응용범위가 점차 확대되고 있다.Recently, the application range of the slot-die coating method is gradually expanding to industrial fields such as thin film optical films, liquid crystal displays, organic solar cells, and touch screens.
본 발명의 일 실시예는 기판에 박막을 형성하는 슬롯 다이 코팅 과정에서 기판에 인가되는 장력을 조절하여 최종 생산되는 필름의 성능을 제어할 수 있는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a method and device for controlling the performance of a transparent water repellent film based on a roll-to-roll continuous process that can control the performance of a film finally produced by adjusting the tension applied to the substrate in the slot die coating process of forming a thin film on the substrate.
실시예들 중에서, 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법은 기능성 필름을 생성하는 롤투롤(Roll-to-roll) 연속 공정 상에서 기판(substrate)의 슬롯 다이 코팅(Slot-die coating) 과정에 대한 진입 시점을 검출하는 단계; 상기 진입 시점을 기준으로 상기 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출하는 단계; 상기 장력의 세기가 인가된 상기 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 상기 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측하는 단계; 상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따라 상기 기능성 필름의 성능을 예측하는 단계; 및 성능 예측 결과를 기초로 상기 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 상기 장력의 세기를 조절하는 단계;를 포함한다.Among the embodiments, a method for controlling the performance of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process is a slot-die coating of a substrate on a roll-to-roll continuous process for producing a functional film. Detecting the entry point into the coating process; detecting the intensity of tension applied to the substrate based on the entry time point; estimating the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the strength of the tension is applied; Predicting the performance of the functional film according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and adjusting the strength of the tension to achieve a predetermined target performance for the functional film based on a performance prediction result.
상기 진입 시점을 검출하는 단계는 상기 롤투롤 연속 공정 상의 인피드(Infeed) 과정 및 상기 슬롯 다이 코팅 과정 사이의 제1 구간을 통과하는 시점 중 특정 시점을 상기 진입 시점으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of detecting the entry time point may include detecting a specific time point among the time points passing through the first section between the infeed process on the roll-to-roll continuous process and the slot die coating process as the entry time point.
상기 장력의 세기를 검출하는 단계는 상기 제1 구간에서 상기 기판에 인가되는 장력의 평균 세기를 상기 장력의 세기로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the tension strength may include determining an average strength of the tension applied to the substrate in the first period as the strength of the tension.
상기 코팅층의 두께를 예측하는 단계는 상기 슬롯 다이 코팅 과정에 적용되는 유량 및 코팅갭(coating gap) 중 적어도 하나를 독립 변수로 하여 기 구축된 두께 예측 모델을 통해 상기 코팅층의 두께를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the thickness of the coating layer may include predicting the thickness of the coating layer through a pre-constructed thickness prediction model using at least one of a flow rate and a coating gap applied to the slot die coating process as an independent variable.
상기 코팅층의 두께를 예측하는 단계는 체적(volumetric) 모델 또는 비스코캐필러리(visco-capillary) 모델을 상기 두께 예측 모델로서 적용하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the thickness of the coating layer may include applying a volumetric model or a visco-capillary model as the thickness prediction model.
상기 기능성 필름의 성능을 예측하는 단계는 상기 기능성 필름의 접촉각(contract angle) 및 투과율(transmittance)을 상기 성능으로서 예측하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the performance of the functional film may include predicting a contact angle and transmittance of the functional film as the performance.
상기 기능성 필름의 성능을 예측하는 단계는 상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따른 상기 접촉각을 예측하는 제1 예측 모델을 구축하는 단계; 및 상기 제1 예측 모델을 통해 상기 접촉각을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the performance of the functional film may include constructing a first prediction model for predicting the contact angle according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and determining the contact angle through the first prediction model.
상기 기능성 필름의 성능을 예측하는 단계는 상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따른 상기 투과율을 예측하는 제2 예측 모델을 구축하는 단계; 및 상기 제2 예측 모델을 통해 상기 투과율을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the performance of the functional film may include constructing a second predictive model that predicts the transmittance according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and determining the transmittance through the second predictive model.
상기 장력의 세기를 조절하는 단계는 상기 슬롯 다이 코팅 과정의 코팅갭을 기준으로 상기 목표 성능의 접촉각 및 투과율에 따라 상기 장력의 세기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The step of adjusting the intensity of the tension may include adjusting the intensity of the tension according to the contact angle and transmittance of the target performance based on the coating gap of the slot die coating process.
실시예들 중에서, 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 장치는 기능성 필름을 생성하는 롤투롤(Roll-to-roll) 연속 공정 상에서 기판(substrate)의 슬롯 다이 코팅(Slot-die coating) 과정에 대한 진입 시점을 검출하는 시점 검출부; 상기 진입 시점을 기준으로 상기 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출하는 장력 검출부; 상기 장력의 세기가 인가된 상기 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 상기 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측하는 두께 예측부; 상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따라 상기 기능성 필름의 성능을 예측하는 성능 예측부; 및 성능 예측 결과를 기초로 상기 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 상기 장력의 세기를 조절하는 장력 제어부;를 포함한다.Among the embodiments, an apparatus for controlling the performance of a transparent water repellent film based on a roll-to-roll continuous process is a slot-die coating process of a substrate on a roll-to-roll continuous process for producing a functional film. A time point detecting unit for detecting an entry point; a tension detector detecting the strength of tension applied to the substrate based on the entry point; a thickness predictor for predicting the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the strength of the tension is applied; a performance prediction unit that predicts the performance of the functional film according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and a tension controller configured to adjust the strength of the tension to achieve a predetermined target performance for the functional film based on a performance prediction result.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, so it should not be understood that the scope of rights of the disclosed technology is limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법 및 장치는 기판에 박막을 형성하는 슬롯 다이 코팅 과정에서 기판에 인가되는 장력을 조절하여 최종 생산되는 필름의 성능을 제어할 수 있다.The method and apparatus for controlling the performance of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process according to an embodiment of the present invention can control the performance of the finally produced film by adjusting the tension applied to the substrate in the slot die coating process of forming a thin film on the substrate.
도 1은 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 성능 제어 시스템을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 성능 제어 장치의 기능적 구성을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 슬롯 다이 코팅 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 기판에서 장력의 효과를 설명하는 도면이다.
도 7은 접촉각과 장력 간의 상관관계를 설명하는 도면이다.
도 8은 코팅 과정에서 코팅갭의 효과를 설명하는 도면이다.
도 9는 코팅 과정에서 코탱갭과 장력의 변화에 따른 표면 조도를 설명하는 도면이다.
도 10 내지 13은 본 발명에 따른 방법에 관한 실험 결과를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a roll-to-roll continuous process according to the present invention.
2 is a diagram illustrating a performance control system according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a functional configuration of the performance control device of FIG. 2 .
4 is a diagram explaining a performance control method of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a slot die coating process of FIG. 1 .
6 is a diagram illustrating the effect of tension in a substrate.
7 is a diagram illustrating a correlation between a contact angle and tension.
8 is a view explaining the effect of the coating gap in the coating process.
9 is a view illustrating surface roughness according to changes in the cotang gap and tension in the coating process.
10 to 13 are diagrams explaining the experimental results of the method according to the present invention.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in this application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprise" or "having" are intended to designate that an embodied feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and it should be understood that the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (eg, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step is context-specific. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be implemented as computer readable code on a computer readable recording medium, and the computer readable recording medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to computer systems connected through a network, so that computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application.
도 1은 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정을 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a roll-to-roll continuous process according to the present invention.
도 1을 참조하면, 롤투롤 연속 공정(100)은 다양한 과정들의 연속적인 수행을 통해 구현될 수 있으며, 구체적으로 언와인더(Unwinder), 제1 및 제2 댄서(Dancer), 인피드(Infeed), 가이드 롤(Guide roll), 슬롯 다이 코터(Slot-die coater), 히팅 영역(Heating area), 아웃피드(Outfeed) 및 리와인더(Rewinder) 등의 과정을 통해 수행될 수 있다. 롤투롤 연속 공정(100)은 소정의 컨트롤러(도 1에 미도시함)와 연결될 수 있으며, 컨트롤러는 연속 공정의 수행을 위한 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1, the roll-to-roll continuous process 100 may be implemented through continuous performance of various processes, and specifically, the UNWINDER, the first and second dancers, infeed, guide roll, slot-die coater, slot-die coater, slot-die coater. It can be carried out through the process of heating area, outfeed and rewain. The roll-to-roll continuous process 100 may be connected to a predetermined controller (not shown in FIG. 1 ), and the controller may perform various control operations for performing the continuous process.
도 1에서, 롤투롤 연속 공정(110)은 장력을 견인력으로 하여 유연기판(150)을 각 과정으로 이송할 수 있으며, 최종적으로 기능성 필름(예를 들어, 투명 발수 필름 등)을 생성할 수 있다. 특히, 롤투롤 연속 공정(110)은 유연기판(150)이 인피드를 통과하는 인피드 과정(S110)과 슬롯 다이 코터를 통과하는 슬롯 다이 코팅 과정(S130)을 포함할 수 있다.In FIG. 1 , in the roll-to-roll continuous process 110, the flexible substrate 150 may be transferred to each process using tension as a traction force, and finally a functional film (eg, a transparent water repellent film, etc.) may be produced. In particular, the roll-to-roll continuous process 110 may include an in-feed process in which the flexible substrate 150 passes through an in-feed (S110) and a slot die coating process (S130) in which the flexible substrate 150 passes through a slot die coater.
보다 구체적으로, 유연기판(150)은 언와인더를 통과하여 인피드로 이송될 수 있다. 이때, 제1 댄서(170)에 의해 이송되는 유연기판(150)의 장력이 일정하게 유지될 수 있다. 인피드를 통과한 유연기판(150)은 가이드 롤을 통과하여 슬롯 다이 코터로 이송될 수 있다.More specifically, the flexible substrate 150 may pass through an unwinder and be transferred by infeed. At this time, the tension of the flexible substrate 150 transferred by the first dancer 170 may be maintained constant. The flexible substrate 150 passing through the infeed may pass through the guide roll and be transferred to the slot die coater.
슬롯 다이 코터는 슬롯 다이(slot-die)라고 불리는 노즐 형상의 미세 금속판 사이로 잉크를 공급하여 슬롯 다이의 이동 방향에 수직인 방향으로 잉크를 일정하게 도포함으로써 박막을 형성하는 동작을 수행할 수 있다. 슬롯 다이 코터를 통과한 유연기판(150)은 이후 박막을 건조 및 소결(sintering)하는 히팅 영역을 통과한 후 아웃피드, 제2 댄서 및 리와인더를 순차적으로 통과함으로써 기능성 필름으로 생성될 수 있다.The slot die coater may perform an operation of forming a thin film by supplying ink between a nozzle-shaped fine metal plate called a slot-die and uniformly applying the ink in a direction perpendicular to the moving direction of the slot die. After passing through the slot die coater, the flexible substrate 150 passes through a heating area for drying and sintering the thin film, and then sequentially passes through an outfeed, a second dancer, and a rewinder, thereby forming a functional film.
도 2는 본 발명에 따른 성능 제어 시스템을 설명하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a performance control system according to the present invention.
도 2를 참조하면, 성능 제어 시스템(200)은 컨트롤러(210), 성능 제어 장치(230) 및 데이터베이스(250)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the performance control system 200 may include a controller 210 , a performance control device 230 and a database 250 .
컨트롤러(210)는 롤투롤 연속 공정(100)에 대한 동작 제어를 수행하는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있다. 컨트롤러(210)는 성능 제어 장치(230)와 연동하여 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법을 구현할 수 있다.The controller 210 may correspond to a computing device that controls the operation of the continuous roll-to-roll process 100 . The controller 210 may implement the performance control method of the transparent water-repellent film based on the roll-to-roll continuous process according to the present invention in conjunction with the performance control device 230 .
성능 제어 장치(230)는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법을 실행하는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 성능 제어 장치(230)는 컨트롤러(210)와 유선 또는 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있고 상호 간에 데이터를 주고받을 수 있다.The performance control device 230 may be implemented as a server corresponding to a computer or program that executes a method for controlling the performance of a transparent water repellent film based on a roll-to-roll continuous process. The performance control device 230 may be connected to the controller 210 through a wired or wireless network and may exchange data with each other.
일 실시예에서, 성능 제어 장치(230)는 컨트롤러(210)와 동일한 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 즉, 성능 제어 장치(230)는 컨트롤러(210)에 포함되어 독립된 모듈로서 구현될 수 있고, 이와 반대로 컨트롤러(210)가 성능 제어 장치(230)에 포함되어 독립된 모듈로서 구현될 수도 있다.In one embodiment, the performance control device 230 may be implemented with the same computing device as the controller 210 . That is, the performance control device 230 may be included in the controller 210 and implemented as an independent module, and conversely, the controller 210 may be included in the performance control device 230 and implemented as an independent module.
데이터베이스(250)는 성능 제어 장치(230)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(250)는 롤투롤 연속 공정의 제어 정보를 저장할 수 있고, 공정 변수에 따른 성능 제어 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 성능 제어 장치(230)가 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법을 수행하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.The database 250 may correspond to a storage device for storing various information necessary for the operation process of the performance control device 230 . For example, the database 250 may store control information of a roll-to-roll continuous process and may store performance control information according to process variables, but is not necessarily limited thereto, and the performance control device 230 may store information collected or processed in various forms in the process of performing the method for controlling the performance of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process according to the present invention.
도 3은 도 2의 성능 제어 장치의 기능적 구성을 설명하는 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a functional configuration of the performance control device of FIG. 2 .
도 3을 참조하면, 성능 제어 장치(230)는 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법을 수행하기 위한 구성들을 포함하여 구현될 수 있다. 성능 제어 장치(230)는 시점 검출부(310), 장력 검출부(330), 두께 예측부(350), 성능 예측부(370), 장력 제어부(390) 및 제어부(도 3에 미도시함)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the performance control device 230 may be implemented by including components for performing the performance control method of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process according to the present invention. The performance control device 230 may include a viewpoint detector 310, a tension detector 330, a thickness predictor 350, a performance predictor 370, a tension controller 390, and a controller (not shown in FIG. 3).
시점 검출부(310)는 기능성 필름을 생성하는 롤투롤(Roll-to-roll) 연속 공정 상에서 기판(substrate)의 슬롯 다이 코팅(Slot-die coating) 과정에 대한 진입 시점을 검출할 수 있다. 이를 위해, 시점 검출부(310)는 롤투롤 연속 공정 상의 특정 지점에 배치된 소정의 센서와 연동하여 진입 시점을 검출할 수 있다. 진입 시점은 기판이 도 1의 슬롯 다이 코터(Slot-die coater)로 진입되기 전 단계의 시점에 해당할 수 있다.The starting point detection unit 310 may detect an entry point into a slot-die coating process of a substrate in a roll-to-roll continuous process of producing a functional film. To this end, the start point detection unit 310 may detect the entry point in conjunction with a predetermined sensor disposed at a specific point in the continuous roll-to-roll process. The entry point may correspond to a point in time before the substrate enters the slot-die coater of FIG. 1 .
일 실시예에서, 시점 검출부(310)는 롤투롤 연속 공정 상의 인피드(Infeed) 과정 및 슬롯 다이 코팅 과정 사이의 제1 구간을 통과하는 시점 중 특정 시점을 진입 시점으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 가이드 롤(Guide roll)은 인피드(Infeed)와 슬롯 다이 코터(Slot-die coater)의 사이에 배치될 수 있고, 가이드 롤을 통과한 시점은 제1 구간에 위치하므로 진입 시점으로 결정될 수 있다. 또한, 시점 검출부(310)는 성능 제어 장치(230)에 의해 사전에 설정된 시점을 진입 시점을 결정할 수도 있다. In one embodiment, the time point detection unit 310 may detect a specific time point among the time points passing through the first section between the infeed process and the slot die coating process on the roll-to-roll continuous process as the entry time point. For example, in FIG. 1, a guide roll may be disposed between an infeed and a slot-die coater, and since the point at which the guide roll passes is located in the first section, it may be determined as the entry point. Also, the time detector 310 may determine an entry time point based on a time point previously set by the performance control device 230 .
장력 검출부(330)는 진입 시점을 기준으로 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출할 수 있다. 성능 제어 장치(230)는 롤투롤 연속 공정(100)의 컨트롤러(210)와 연동하여 동작할 수 있으며, 장력 검출부(330)는 컨트롤러(210)를 통해 기판에 인가되는 장력의 세기 정보를 수신할 수 있다. 또한, 장력 검출부(330)는 소정의 센서를 통해 진입 시점을 기준으로 특정 지점에서 기판의 장력을 직접 측정할 수 있다. 예를 들어, 장력 검출부(330)는 제1 구간에 배치되는 가이드 롤과 연결되어 가이드 롤에 의해 인가되는 장력의 세기를 측정하고 수집할 수도 있다.The tension detector 330 may detect the intensity of tension applied to the substrate based on the entry time point. The performance control device 230 may operate in conjunction with the controller 210 of the continuous roll-to-roll process 100, and the tension detector 330 may receive information on the intensity of tension applied to the substrate through the controller 210. Also, the tension detector 330 may directly measure the tension of the substrate at a specific point based on the entry point through a predetermined sensor. For example, the tension detector 330 may be connected to a guide roll disposed in the first section to measure and collect the intensity of tension applied by the guide roll.
일 실시예에서, 장력 검출부(330)는 제1 구간에서 기판에 인가되는 장력의 평균 세기를 장력의 세기로서 결정할 수 있다. 장력 검출부(330)는 제1 구간 내에 설정된 복수의 지점들로부터 장력의 세기 정보를 수집할 수 있으며, 장력의 세기 정보에 관한 통계적 정보를 기초로 장력의 세기를 검출할 수 있다. 이때, 사용되는 통계적 정보에는 평균(mean)을 적용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, the tension detector 330 may determine the average strength of the tension applied to the substrate in the first section as the strength of the tension. The tension detecting unit 330 may collect tension intensity information from a plurality of points set within the first section, and may detect the tension intensity based on statistical information about the tension intensity information. At this time, it is preferable to apply a mean to the statistical information used, but may not necessarily be limited thereto.
두께 예측부(350)는 장력의 세기가 인가된 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측할 수 있다. 두께 예측부(350)는 롤투롤 연속 공정 과정에서 수집된 정보들을 바탕으로 기판에 인가되는 장력의 세기에 따른 코팅층의 두께를 사전에 예측하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 성능 제어 장치(230)는 롤투롤 연속 공정 과정에서 수집된 정보들을 데이터베이스(150)에 저장할 수 있고, 데이터베이스(150)에 의해 구축된 정보들을 두께 예측에 관한 동작에 활용할 수 있다.The thickness predictor 350 may predict the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the intensity of tension is applied. The thickness predictor 350 may perform an operation of predicting in advance the thickness of the coating layer according to the strength of the tension applied to the substrate based on the information collected during the roll-to-roll continuous process. To this end, the performance control device 230 may store information collected during the roll-to-roll continuous process in the database 150, and may utilize the information built by the database 150 for an operation related to thickness prediction.
일 실시예에서, 두께 예측부(350)는 슬롯 다이 코팅 과정에 적용되는 유량 및 코팅갭(coating gap) 중 적어도 하나를 독립 변수로 하여 기 구축된 두께 예측 모델을 통해 코팅층의 두께를 예측할 수 있다. 이때, 유량은 슬롯 다이 코터에 의해 기판에 공급되는 유체의 체적, 질량 또는 중량에 해당할 수 있다. 코팅갭은 슬롯 다이 코터의 노즐 갭의 높이에 해당할 수 있다. 예를 들어, 코팅갭은 슬롯 다이 코터가 기판을 향해 유체를 분사하는 경우 분사 높이에 대응될 수 있다. 두께 예측부(350)는 기 수집된 데이터들을 학습하여 구축되는 학습 모델, 즉 두께 예측 모델을 통해 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 형성되는 코팅층이 두께를 사전에 예측할 수 있다.In one embodiment, the thickness predictor 350 may predict the thickness of the coating layer through a pre-built thickness prediction model using at least one of a flow rate applied to the slot die coating process and a coating gap as an independent variable. In this case, the flow rate may correspond to the volume, mass, or weight of the fluid supplied to the substrate by the slot die coater. The coating gap may correspond to the height of the nozzle gap of the slot die coater. For example, the coating gap may correspond to the spray height when the slot die coater sprays the fluid toward the substrate. The thickness predictor 350 may predict the thickness of the coating layer formed by the slot die coating process in advance through a learning model built by learning previously collected data, that is, a thickness prediction model.
일 실시예에서, 두께 예측부(350)는 체적(volumetric) 모델 또는 비스코캐필러리(visco-capillary) 모델을 두께 예측 모델로서 적용할 수 있다. 비스코캐필러리 모델은 두께 결정 과정의 주요 인자인 유량을 고려하지 않는 두께 예측 모델에 해당할 수 있으며, 체적 모델은 연속 방정식을 기반으로 정의되고 유량을 고려하는 반면 코팅갭을 고려하지 않는 두께 예측 모델에 해당할 수 있다. 한편, 두께 예측 모델은 유량과 코팅캡을 모두 고려하여 구축될 수도 있으며, 이 경우 두께 예측 시 항상 일정하다고 고려되는 코팅층의 폭을 코팅갭에 대한 함수로 표현하고 코팅갭에 따른 코팅층의 폭과 두께를 모두 예측할 수 있다.In one embodiment, the thickness predictor 350 may apply a volumetric model or a visco-capillary model as a thickness prediction model. The viscocapillary model may correspond to a thickness prediction model that does not consider the flow rate, which is a major factor in the thickness determination process, and the volume model may correspond to a thickness prediction model that is defined based on the continuity equation and considers the flow rate but does not consider the coating gap. On the other hand, the thickness prediction model may be built by considering both the flow rate and the coating cap. In this case, the width of the coating layer, which is always considered constant when predicting the thickness, is expressed as a function of the coating gap, and both the width and thickness of the coating layer according to the coating gap can be predicted.
성능 예측부(370)는 코팅층의 두께와 장력의 세기에 따라 기능성 필름의 성능을 예측할 수 있다. 성능 예측부(370)는 기능성 필름의 주요 기능에 따라 다양한 성능 지표를 활용하여 기능성 필름의 성능을 예측할 수 있다. 보다 구체적으로, 성능 예측부(370)는 롤투롤 연속 공정에 대한 시뮬레이션을 통해 장력의 세기에 따른 코팅층의 두께를 도출하고, 이에 기반하여 생성되는 기능성 필름의 주요 성능 지표를 예측함으로써 기능성 필름의 성능에 관한 예측 결과를 생성할 수 있다.The performance predictor 370 may predict performance of the functional film according to the thickness of the coating layer and the strength of tension. The performance predictor 370 may predict the performance of the functional film by utilizing various performance indicators according to the main function of the functional film. More specifically, the performance predictor 370 derives the thickness of the coating layer according to the strength of the tension through simulation of the roll-to-roll continuous process, and predicts the main performance index of the functional film produced based thereon, thereby generating a predicted result of performance of the functional film.
일 실시예에서, 성능 예측부(370)는 기능성 필름의 접촉각(contract angle) 및 투과율(transmittance)을 기능성 필름의 성능으로서 예측할 수 있다. 여기에서, 접촉각은 필름 상에 유체 방울이 형성된 경우 필름의 표면과 유체 방울의 표면에 접하는 접선 사이의 각도로 정의될 수 잇으며, 필름의 표면 에너지와 유체의 표면 장력 간의 관계에 따라 형성될 수 있다. 즉, 기판에 인가된 장력에 의해 표면 에너지가 변화하는 경우, 기판 위에 형성되는 유체에 따른 접촉각의 변화가 발생할 수 있다. 또한, 투과율은 기능성 필름에 대한 가시광선 영역에서의 투과율로 정의될 수 있다. 성능 예측부(370)는 기 구축된 데이터를 기반으로 코팅층의 두께와 장력의 세기에 따라 기능성 필름의 접촉각과 투과율을 각각 예측할 수 있다.In one embodiment, the performance predictor 370 may predict the contact angle and transmittance of the functional film as performance of the functional film. Here, the contact angle may be defined as the angle between the surface of the film and a tangent line contacting the surface of the fluid droplet when a fluid droplet is formed on the film, and may be formed according to the relationship between the surface energy of the film and the surface tension of the fluid. That is, when the surface energy is changed by the tension applied to the substrate, a change in contact angle may occur depending on the fluid formed on the substrate. In addition, the transmittance may be defined as the transmittance of the functional film in the visible ray region. The performance predictor 370 may predict the contact angle and transmittance of the functional film, respectively, according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension based on the pre-established data.
일 실시예에서, 성능 예측부(370)는 코팅층의 두께와 장력의 세기에 따른 접촉각을 예측하는 제1 예측 모델을 구축하고, 제1 예측 모델을 통해 접촉각을 결정할 수 있다. 성능 예측부(370)는 성능 제어 장치(230)에 의해 사전에 구축된 예측 모델을 통해 접촉각에 관한 예측 동작을 수행할 수 있다. 즉, 제1 예측 모델은 코팅층의 두께와 장력의 세기를 입력으로 수신하여 기능성 필름의 접촉각을 출력으로 생성하도록 학습될 수 있다. 성능 예측부(370)는 예측하고자 하는 코팅층의 두께와 장력의 세기에 관한 정보를 제1 예측 모델에 입력하여 그에 대응되는 접촉각을 예측 결과로서 획득할 수 있다.In an embodiment, the performance predictor 370 may build a first prediction model that predicts the contact angle according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension, and determine the contact angle through the first prediction model. The performance predictor 370 may perform a predictive operation on the contact angle through a prediction model previously built by the performance control device 230 . That is, the first prediction model may be trained to generate the contact angle of the functional film as an output by receiving the thickness of the coating layer and the intensity of tension as inputs. The performance prediction unit 370 may input information about the thickness of the coating layer and the strength of tension to be predicted into the first prediction model and obtain a corresponding contact angle as a prediction result.
일 실시예에서, 성능 예측부(370)는 코팅층의 두께와 장력의 세기에 따른 투과율을 예측하는 제2 예측 모델을 구축하고, 제2 예측 모델을 통해 투과율을 결정할 수 있다.In an embodiment, the performance predictor 370 may build a second predictive model that predicts the transmittance according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension, and determine the transmittance through the second predictive model.
성능 예측부(370)는 성능 제어 장치(230)에 의해 사전에 구축된 예측 모델을 통해 투과율에 관한 예측 동작을 수행할 수 있다. 즉, 제2 예측 모델은 코팅층의 두께와 장력의 세기를 입력으로 수신하여 기능성 필름의 투과율을 출력으로 생성하도록 학습될 수 있다. 성능 예측부(370)는 예측하고자 하는 코팅층의 두께와 장력의 세기에 관한 정보를 제2 예측 모델에 입력하여 그에 대응되는 투과율을 예측 결과로서 획득할 수 있다.The performance predictor 370 may perform a predictive operation on the transmittance through a prediction model previously built by the performance control device 230 . That is, the second predictive model may be trained to receive the thickness of the coating layer and the intensity of tension as inputs and generate the transmittance of the functional film as an output. The performance predictor 370 may obtain transmittance corresponding thereto as a prediction result by inputting information about the thickness of the coating layer and the strength of tension to be predicted into the second prediction model.
장력 제어부(390)는 성능 예측부(370)의 예측 결과를 기초로 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 장력의 세기를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 장력 제어부(390)는 슬롯 다이 코팅 과정의 코팅갭을 기준으로 목표 성능의 접촉각 및 투과율에 따라 장력의 세기를 조절할 수 있다.The tension control unit 390 may adjust the strength of the tension to achieve a predetermined target performance for the functional film based on the predicted result of the performance predictor 370 . In one embodiment, the tension control unit 390 may adjust the strength of the tension according to the contact angle and transmittance of the target performance based on the coating gap of the slot die coating process.
예를 들어, 슬롯 다이 코팅 과정에서 코팅갭이 일정한 상태에서 기판에 인가되는 장력의 세기가 커질수록 기능성 필름에 관한 접촉각은 증가하는 반면 투과율은 감소할 수 있다. 즉, 장력 제어부(390)는 기능성 필름의 접촉각과 투과율 간에 트레이드오프(trade-off) 관계가 형성되는 점을 고려하여, 기능성 필름에 대해 설정된 목표 성능에 따라 최적화된 장력의 세기를 결정하여 이를 슬롯 다이 코팅 과정에 적용하도록 제어하는 동작을 수행할 수 있다.For example, in the slot die coating process, as the strength of the tension applied to the substrate increases while the coating gap is constant, the contact angle of the functional film may increase while the transmittance may decrease. That is, the tension control unit 390 determines the strength of tension optimized according to the target performance set for the functional film in consideration of the fact that a trade-off relationship is formed between the contact angle and transmittance of the functional film, and performs a control operation to apply it to the slot die coating process.
보다 구체적으로, 장력 제어부(390)는 제2 예측 모델을 통해 코팅층의 두께와 장력의 세기에 따른 기능성 필름의 투과율을 예측할 수 있으며, 코팅층의 두께는 두께 예측 모델을 통해 슬롯 다이 코팅 과정의 유량 또는 코팅갭에 따라 예측될 수 있다. 장력 제어부(390)는 기능성 필름의 목표 성능을 기초로 설정된 코팅갭에 따라 코팅층의 두께를 예측한 후 인가된 장력의 세기에 따른 투과율의 변화를 고려하여 최종적인 장력의 세기를 결정할 수 있다. 장력 제어부(390)는 슬롯 다이 코팅 과정에 결정된 장력의 세기를 적용하여 롤투롤 연속 공정에 의해 최종적으로 생성되는 기능성 필름의 성능이 목표 성능에 가까워지도록 할 수 있다.More specifically, the tension control unit 390 may predict the transmittance of the functional film according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension through the second prediction model, and the thickness of the coating layer may be predicted according to the flow rate or coating gap of the slot die coating process through the thickness prediction model. The tension control unit 390 may predict the thickness of the coating layer according to the coating gap set based on the target performance of the functional film, and then determine the final tension strength by considering the change in transmittance according to the applied tension strength. The tension control unit 390 may apply the strength of the tension determined in the slot die coating process so that the performance of the functional film finally produced by the roll-to-roll continuous process approaches the target performance.
제어부(도 3에 미도시함)는 성능 제어 장치(230)의 전체적인 동작을 제어하고, 시점 검출부(310), 장력 검출부(330), 두께 예측부(350), 성능 예측부(370) 및 장력 제어부(390) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.The control unit (not shown in FIG. 3 ) controls the overall operation of the performance control device 230, and manages the control flow or data flow between the viewpoint detector 310, the tension detector 330, the thickness predictor 350, the performance predictor 370, and the tension controller 390.
도 4는 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법을 설명하는 도면이다.4 is a diagram explaining a performance control method of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process according to the present invention.
도 4를 참조하면, 성능 제어 장치(230)는 시점 검출부(310)를 통해 기능성 필름을 생성하는 롤투롤(Roll-to-roll) 연속 공정 상에서 기판(substrate)의 슬롯 다이 코팅(Slot-die coating) 과정에 대한 진입 시점을 검출할 수 있다(단계 S410). 성능 제어 장치(230)는 장력 검출부(330)를 통해 진입 시점을 기준으로 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출할 수 있다(단계 S430).Referring to FIG. 4 , the performance control device 230 may detect an entry point for a slot-die coating process of a substrate on a roll-to-roll continuous process of producing a functional film through a point detection unit 310 (step S410). The performance control device 230 may detect the intensity of tension applied to the substrate based on the entry point through the tension detector 330 (step S430).
또한, 성능 제어 장치(230)는 두께 예측부(350)를 통해 장력의 세기가 인가된 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측할 수 있다(단계 S450). 성능 제어 장치(230)는 성능 예측부(370)를 통해 코팅층의 두께와 장력의 세기에 따라 기능성 필름의 성능을 예측할 수 있다(단계 S470). 성능 제어 장치(230)는 장력 제어부(390)를 통해 성능 예측부(370)의 예측 결과를 기초로 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 장력의 세기를 조절할 수 있다(단계 S490).In addition, the performance control device 230 may predict the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the intensity of tension is applied through the thickness estimation unit 350 (step S450). The performance control device 230 may predict the performance of the functional film according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension through the performance prediction unit 370 (step S470). The performance control device 230 may adjust the intensity of tension through the tension controller 390 to achieve a predetermined target performance for the functional film based on the prediction result of the performance predictor 370 (step S490).
도 5는 도 1의 슬롯 다이 코팅 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a slot die coating process of FIG. 1 .
도 5를 참조하면, 슬롯 다이 코팅 과정(S130)은 슬롯 다이 코터를 통해 수행될 수 있다. 슬롯 다이 코터는 정밀 가공된 2개의 슬롯 다이(Slot-die)를 통해 잉크(코팅액)를 토출시킴으로써 기판(PET substrate)에 박막(Coated layer)을 형성하도록 구현될 수 있다. 즉, 슬롯 다이의 노즐을 통해 잉크가 공급되면 노즐과 기판 사이에 박막이 형성됨으로써 기판이 코팅될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the slot die coating process (S130) may be performed through a slot die coater. The slot die coater may be implemented to form a coated layer on a substrate (PET substrate) by discharging ink (coating liquid) through two precisely machined slot-dies. That is, when ink is supplied through the nozzle of the slot die, the substrate may be coated by forming a thin film between the nozzle and the substrate.
이때, 슬롯 다이 코터의 노즐과 기판 사이의 간격이 코팅갭(coating gap)에 해당할 수 있으며, 코팅갭의 제어를 통해 노즐과 기판 간의 비접촉 상태에서 기판에 대한 코팅이 수행될 수 있다. 코팅갭이 클수록 잉크가 토출되어 기판에 고착되기까지의 시간이 증가함으로써 기판의 표면 조도에 영향을 미칠 수 있다.At this time, the gap between the nozzle of the slot die coater and the substrate may correspond to a coating gap, and coating on the substrate may be performed in a non-contact state between the nozzle and the substrate through control of the coating gap. As the coating gap increases, the time required for the ink to be ejected and adhered to the substrate increases, which may affect the surface roughness of the substrate.
도 6은 기판에서 장력의 효과를 설명하는 도면이다.6 is a diagram illustrating the effect of tension in a substrate.
도 6을 참조하면, 롤투롤 연속 공정 상에서 기판에 인가되는 장력(Applied tension)의 세기에 따라 기판에 형성되는 표면 조도가 감소할 수 있다. 이때, 표면 조도는 표면에 생기는 미세한 요철의 정도로 표현될 수 있으며, 표면 거칠기(surface roughness)에 해당할 수 있다. 도 6에서, 장력이 낮은 경우(Low Tension)에는 장력이 높은 경우(High Tension)보다 표면 조도가 더 높을 수 있다. 한편, 기판의 표면 조도가 감소하는 경우 기판의 표면 에너지는 증가할 수 있다.Referring to FIG. 6 , surface roughness formed on a substrate may decrease according to the strength of applied tension applied to the substrate in a continuous roll-to-roll process. In this case, the surface roughness may be expressed as a degree of fine unevenness occurring on the surface, and may correspond to surface roughness. In FIG. 6 , when the tension is low (Low Tension), the surface roughness may be higher than when the tension is high (High Tension). Meanwhile, when the surface roughness of the substrate decreases, the surface energy of the substrate may increase.
도 7은 접촉각과 장력 간의 상관관계를 설명하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a correlation between a contact angle and tension.
도 7을 참조하면, 기판의 표면 에너지와 잉크의 표면 장력 사이의 관계에 따라 접촉각(contact angle)이 형성될 수 있다. 즉, 기판에 인가된 장력은 기판의 표면 에너지에 변화를 줄 수 있고, 이로 인해 기판 상에 접촉하는 잉크의 퍼짐 정도에도 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 기판 표면과 잉크의 표면이 접하는 지점의 접촉각에도 변화가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 7 , a contact angle may be formed according to a relationship between surface energy of a substrate and surface tension of ink. That is, the tension applied to the substrate may change the surface energy of the substrate, which may affect the spreading degree of ink contacting the substrate. Accordingly, a change may occur in a contact angle at a point where the surface of the substrate and the surface of the ink come into contact.
도 7에서, 기판에 인가되는 장력의 세기가 작을수록(Low tension) 기판의 표면 조도가 증가함에 따라 잉크의 퍼짐성은 감소할 수 있고, 이에 따라 접촉각 θc는 증가할 수 있다. 이와 반대로, 장력의 세기가 증가할수록(High tension) 기판의 표면 조도가 감소함에 따라 잉크의 퍼짐성은 증가할 수 있고, 이에 따라 접촉각 θc는 감소할 수 있다.In FIG. 7 , as the surface roughness of the substrate increases as the strength of the tension applied to the substrate decreases (low tension), the spreadability of the ink may decrease, and accordingly, the contact angle θc may increase. Conversely, as the surface roughness of the substrate decreases as the intensity of tension increases (high tension), the spreadability of the ink may increase, and accordingly, the contact angle θc may decrease.
도 8은 코팅 과정에서 코팅갭의 효과를 설명하는 도면이다.8 is a view explaining the effect of the coating gap in the coating process.
도 8을 참조하면, 슬롯 다이 코터의 노즐과 기판의 표면 사이의 간격인 코팅갭의 높이에 따라 잠재 에너지(potential energy)의 변화로 인해 잉크의 퍼짐성도 변화할 수 있다. 도 8에서, 코팅갭이 작을 경우(Low Coating gap), 잠재 에너지도 작을 수 있으며(Low potential energy), 이에 따라 잉크의 퍼짐성은 감소할 수 있다. 이와 반대로, 코팅갭이 큰 경우(High Coating gap), 잠재 에너지도 높을 수 있으며(High potential energy), 이에 따라 잉크의 퍼짐성은 증가할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the spreadability of the ink may also change due to a change in potential energy according to the height of the coating gap, which is the distance between the nozzle of the slot die coater and the surface of the substrate. In FIG. 8 , when the coating gap is small (Low Coating gap), the potential energy may be low (Low potential energy), and accordingly, the spreadability of the ink may be reduced. Conversely, when the coating gap is large (High Coating gap), the potential energy may be high (High potential energy), and accordingly, the spreadability of the ink may be increased.
도 9는 코팅 과정에서 코탱갭과 장력의 변화에 따른 표면 조도를 설명하는 도면이다.9 is a view illustrating surface roughness according to changes in the cotang gap and tension in the coating process.
도 9를 참조하면, 슬롯 다이 코팅 과정에서 기판에 인가되는 장력(Applied tension)과 슬롯 다이 코터의 노즐과 기판 사이의 코팅갭(Coating gap)의 변화에 따라 기판의 표면 조도가 변화될 수 있고, 이에 따라 기능성 필름의 성능에도 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 투명 발수 필름의 경우 장력의 세기와 코팅갭의 높이에 따라 필름의 투과율을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 9, the surface roughness of the substrate may be changed according to the applied tension applied to the substrate during the slot die coating process and the coating gap between the nozzle of the slot die coater and the substrate, and thus the performance of the functional film may be affected. For example, in the case of a transparent water-repellent film, the transmittance of the film can be adjusted according to the strength of the tension and the height of the coating gap.
도 10 내지 13은 본 발명에 따른 방법에 관한 실험 결과를 설명하는 도면이다.10 to 13 are diagrams for explaining the experimental results of the method according to the present invention.
도 10 내지 13을 참조하면, 본 발명에 따른 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법은 슬롯 다이 코팅 기반의 투명 발수 필름을 통해 실험적으로 검증될 수 있다. 이를 위해, 실험에는 발수 성능 확보를 위해 1H,1H,2H,2H-perfluorodeclytriethoxysilane이 사용될 수 있으며, 고온에 의한 PET film 손상 방지를 위해 저온 건조가 가능한 에탄올(Ethanol)이 사용될 수 있다. 또한, 장력은 PLI 기준 저장력, 적정장력 및 고장력으로 설정될 수 있고, 코탱갭은 장비 특성에 따른 최소 코팅갭 3 수준으로 설정될 수 있다.10 to 13, the performance control method of the transparent water-repellent film based on the roll-to-roll continuous process according to the present invention can be experimentally verified through the slot die coating-based transparent water-repellent film. To this end, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodeclytriethoxysilane may be used in the experiment to ensure water repellency, and ethanol capable of drying at a low temperature may be used to prevent damage to the PET film due to high temperature. In addition, the tension can be set to the PLI standard storage force, appropriate tension, and high tension, and the co-tang gap can be set to the minimum coating gap level of 3 according to the characteristics of the equipment.
또한, 도 10에서와 같이, 장력(Tension)과 코팅갭(Coating gap)의 조합에 대한 다양한 케이스(Case)들이 설정될 수 있다. 이와 함께, 기판 속도(web speed)는 3m/min, 가열 온도(heat temperature)는 40도, 유량(flow rate)은 9ml/min으로 설정될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 10, various cases for combinations of tension and coating gaps may be set. In addition, the web speed may be set to 3 m/min, the heat temperature to 40 degrees, and the flow rate to 9 ml/min.
도 11의 경우, DI water 기반 발수 성능(Water repellency performance) 측정 결과에 해당할 수 있으며, 장력 2 kgf 증가 시 DI water 접촉각은 최대 15.5도 감소하고, 코팅갭 100 μm 증가 시 접촉각은 최대 4도 감소할 수 있다. 도 12의 경우, 가시광선 영역의 투과율(Transmittance) 측정(기준 값: 550nm) 결과에 해당할 수 있으며, 장력 2 kgf 증가 시 투과율은 최대 3.3% 증가하고, 코팅갭 100 μm 증가 시 0.86% 증가할 수 있다.In the case of FIG. 11, it may correspond to the DI water-based water repellency performance measurement result, and the contact angle of DI water decreases by up to 15.5 degrees when the tension increases by 2 kgf, and the contact angle decreases by up to 4 degrees when the coating gap increases by 100 μm. In the case of FIG. 12, it may correspond to the result of measuring transmittance (reference value: 550 nm) in the visible ray region, and the transmittance increases by up to 3.3% when the tension is increased by 2 kgf, and increases by 0.86% when the coating gap is increased by 100 μm.
도 12에서, Case 1 내지 3의 경우, 코팅갭이 일정한 상태에서 장력이 증가하면 코팅층의 두께, 표면 조도 및 접촉각은 감소하는 반면 투과율은 증가할 수 있다. Case 1, 4 및 7의 경우, 장력이 일정한 상태에서 코팅갭이 증가하면 코팅층의 두께는 일정하고 표면 조도 및 접촉각은 감소하는 반면 투과율은 증가할 수 있다.In FIG. 12 , in Cases 1 to 3, when the tension increases while the coating gap is constant, the thickness, surface roughness, and contact angle of the coating layer may decrease while transmittance may increase. In Cases 1, 4, and 7, when the coating gap increases while the tension is constant, the thickness of the coating layer is constant and the surface roughness and contact angle decrease, while the transmittance may increase.
한편, 성능 제어 장치(230)는 회귀 모델을 기반으로 장력과 코팅갭에 따른 표면 조도(σ)를 예측할 수 있으며, 표면 조도(σ)는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, the performance control device 230 may predict the surface roughness (σ) according to the tension and the coating gap based on the regression model, and the surface roughness (σ) may be expressed as in Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
σ = 91.01 - 8.156 * Tension - 0.0139 * Coating gap - 0.000175 * Tension * Coating gapσ = 91.01 - 8.156 * Tension - 0.0139 * Coating gap - 0.000175 * Tension * Coating gap
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be understood that it can be changed.
100: 롤투롤 연속 공정 150: 유연기판
170, 190: 제1 및 제2 댄서
200: 성능 제어 시스템
210: 컨트롤러 230: 성능 제어 장치
250: 데이터베이스100: roll-to-roll continuous process 150: flexible substrate
170, 190: first and second dancers
200: performance control system
210: controller 230: performance control device
250: database
Claims (10)
상기 진입 시점을 기준으로 상기 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출하는 단계;
상기 장력의 세기가 인가된 상기 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 상기 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측하는 단계;
예측된 상기 코팅층의 두께와 검출된 상기 장력의 세기를 기준으로 기 구축된 예측 모델을 통해 상기 기능성 필름의 성능 중 접촉각(contract angle) 및 투과율(transmittance)을 예측하는 단계; 및
성능 예측 결과를 기초로 상기 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 상기 장력의 세기를 조절하는 단계;를 포함하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
Detecting an entry point for a slot-die coating process of a substrate on a roll-to-roll continuous process of producing a functional film;
detecting the intensity of tension applied to the substrate based on the entry time point;
estimating the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the strength of the tension is applied;
Predicting a contact angle and transmittance among performance of the functional film through a pre-built prediction model based on the predicted thickness of the coating layer and the strength of the detected tension; and
Controlling the performance of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process comprising: adjusting the intensity of the tension to achieve a predetermined target performance for the functional film based on a performance prediction result.
상기 롤투롤 연속 공정 상의 인피드(Infeed) 과정 및 상기 슬롯 다이 코팅 과정 사이의 제1 구간을 통과하는 시점 중 특정 시점을 상기 진입 시점으로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the step of detecting the entry point
The roll-to-roll continuous process based on the roll-to-roll continuous process characterized in that it comprises the step of detecting a specific time point of the time passing through the first section between the infeed process and the slot die coating process as the entry time point in the roll-to-roll continuous process. Performance control method of the water-repellent film.
상기 제1 구간에서 상기 기판에 인가되는 장력의 평균 세기를 상기 장력의 세기로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 2, wherein the step of detecting the strength of the tension
The performance control method of the transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process, characterized in that it comprises the step of determining the average strength of the tension applied to the substrate in the first section as the strength of the tension.
상기 슬롯 다이 코팅 과정에 적용되는 유량 및 코팅갭(coating gap) 중 적어도 하나를 독립 변수로 하여 기 구축된 두께 예측 모델을 통해 상기 코팅층의 두께를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 1, wherein predicting the thickness of the coating layer
Predicting the thickness of the coating layer through a pre-built thickness prediction model using at least one of the flow rate and coating gap applied to the slot die coating process as an independent variable Performance control method of a transparent water repellent film based on a roll-to-roll continuous process.
체적(volumetric) 모델 또는 비스코캐필러리(visco-capillary) 모델을 상기 두께 예측 모델로서 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 4, wherein predicting the thickness of the coating layer
A method for controlling the performance of a transparent water repellent film based on a roll-to-roll continuous process, comprising the step of applying a volumetric model or a visco-capillary model as the thickness prediction model.
상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따른 상기 접촉각을 예측하는 제1 예측 모델을 구축하는 단계; 및
상기 제1 예측 모델을 통해 상기 접촉각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 1, wherein predicting the performance of the functional film
constructing a first prediction model for predicting the contact angle according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and
A method for controlling performance of a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process, comprising determining the contact angle through the first predictive model.
상기 코팅층의 두께와 상기 장력의 세기에 따른 상기 투과율을 예측하는 제2 예측 모델을 구축하는 단계; 및
상기 제2 예측 모델을 통해 상기 투과율을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 1, wherein predicting the performance of the functional film
constructing a second predictive model for predicting the transmittance according to the thickness of the coating layer and the strength of the tension; and
The performance control method of the transparent water-repellent film based on the roll-to-roll continuous process, characterized in that it comprises the step of determining the transmittance through the second predictive model.
상기 슬롯 다이 코팅 과정의 코팅갭을 기준으로 상기 목표 성능의 접촉각 및 투과율에 따라 상기 장력의 세기를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the step of adjusting the strength of the tension
Controlling the strength of the tension according to the contact angle and transmittance of the target performance based on the coating gap of the slot die coating process.
상기 진입 시점을 기준으로 상기 기판에 인가되는 장력(tension)의 세기를 검출하는 장력 검출부;
상기 장력의 세기가 인가된 상기 슬롯 다이 코팅 과정에 의해 상기 기판에 형성되는 코팅층의 두께를 예측하는 두께 예측부;
예측된 상기 코팅층의 두께와 검출된 상기 장력의 세기를 기준으로 기 구축된 예측 모델을 통해 상기 기능성 필름의 성능 중 접촉각(contract angle) 및 투과율(transmittance)을 예측하는 성능 예측부; 및
성능 예측 결과를 기초로 상기 기능성 필름에 관해 기 설정된 목표 성능을 달성하기 위해 상기 장력의 세기를 조절하는 장력 제어부;를 포함하는 롤투롤 연속 공정 기반 투명 발수 필름의 성능 제어 장치.
A time point detection unit for detecting an entry point for a slot-die coating process of a substrate on a roll-to-roll continuous process of producing a functional film;
a tension detector detecting the strength of tension applied to the substrate based on the entry point;
a thickness predictor for predicting the thickness of the coating layer formed on the substrate by the slot die coating process to which the strength of the tension is applied;
a performance prediction unit that predicts a contact angle and transmittance among performance of the functional film through a prediction model built based on the predicted thickness of the coating layer and the detected tensile strength; and
A performance control device for a transparent water-repellent film based on a roll-to-roll continuous process comprising: a tension control unit configured to adjust the strength of the tension to achieve a predetermined target performance for the functional film based on a performance prediction result.
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