KR20000032008A - Nozzle structure and control of coating device of substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 판넬(PDP), 또는 일반 프린트 기판(PCB) 등의 표면에 액상의 얇은 막을 코팅하는 코팅장치의 노즐구조 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 노즐의 액체 유동로에 로터를 설치하고, 이 로터의 회전방향 및 속도를 조절하여, 노즐을 통해 토출되는 코팅액의 양을 제어하여, 코팅되는 막의 두께 및 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 코팅장치의 노즐구조 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle structure of a coating apparatus for coating a liquid thin film on a surface of a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), a general printed circuit board (PCB), and the like, and in particular, The nozzle structure of the substrate coating apparatus which can install a rotor in the liquid flow path, and adjust the rotation direction and speed of the rotor, to control the amount of coating liquid discharged through the nozzle, to improve the thickness and uniformity of the coated film and The control method is related.
일반적으로, 기판에 얇은 막을 입히는 코팅장치에는 롤러를 이용한 것과, 노즐을 이용한 것, 그리고 기판을 회전시킬 때 발생하는 원심력을 이용한 것이 있다. 이 중에서, 대형의 기판에 균일한 두께의 피막을 입히는 것으로는 보통, 노즐을 이용한 장치가 사용된다.Generally, a coating apparatus for coating a thin film on a substrate includes a roller, a nozzle, and a centrifugal force generated when the substrate is rotated. Among these, in order to coat a large board | substrate with a uniform thickness, the apparatus using a nozzle is used normally.
도 1은 이러한 종래의, 노즐을 이용한 기판 코팅장치의 주요부를 나타내는 일부 단면도로서, 노즐부(10)와, 기판(20)을 고정시키는 프레임(30)과, 이 프레임(30)을 이동시키는 모터(40) 및 볼스크루(50)와, 상기 노즐부(10)와 프레임(30)이 놓이는 베이스(60)와, 그리고 상기 프레임(30)과 베이스(60) 사이에 놓여 프레임(30)의 직선운동을 돕는 베어링(31)으로 구성된다.FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a main part of such a conventional substrate coating apparatus using a nozzle, including a nozzle unit 10, a frame 30 for fixing the substrate 20, and a motor for moving the frame 30. FIG. 40 and the ball screw 50, the base 60 on which the nozzle part 10 and the frame 30 are placed, and the straight line of the frame 30, which is placed between the frame 30 and the base 60. It is composed of a bearing 31 to assist the movement.
도 2는 상기 노즐부(10)의 단면도이고, 도 3은 이 노즐부(10)의 사시도로서, 코팅할 액체(16)가 담겨있는 코팅액통(15) 안에 적당한 틈(a)을 두고 두 개의 블록을 맞대어 설치하여 노즐(11)을 구성하며, 모세관 현상에 의하여 상기 틈(12)을 따라 코팅할 액체(16)가 상승할 수 있도록 되어있다. 그리고 상기 노즐(11)의 상단을 액면 밖으로 돌출시키기 위하여 노즐(11)을 상하방향으로 이동시키는 가이드(13)와 실린더(14)가 구성되어 있어서, 액체(16)가 모세관 현상에 의해 상승할 수 있는 높이보다 낮은 높이로 노즐(11)의 상단이 액면에서 돌출 되도록 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the nozzle unit 10, and FIG. 3 is a perspective view of the nozzle unit 10. The nozzle unit 10 is a perspective view of the nozzle unit 10, with two openings having a suitable gap a in the coating liquid container 15 containing the liquid 16 to be coated. The nozzles 11 are formed by facing blocks, and the liquid 16 to be coated along the gap 12 is raised by capillary action. In addition, the guide 13 and the cylinder 14 which move the nozzle 11 in the vertical direction to protrude the upper end of the nozzle 11 out of the liquid surface are configured, so that the liquid 16 can rise due to the capillary phenomenon. The upper end of the nozzle 11 to protrude from the liquid level to a height lower than the height.
도 4는 상기 가이드(13)와 실린더(14)의 이동에 의하여 노즐(11)이 액면 밖으로 돌출된 상태를 나타내는 단면도이고 도 5는 기판에 막이 코팅되는 동작상태를 나타내는 단면도로서, 상기 노즐(11)이 액면 밖으로 돌출되면, 노즐(11)의 상단에는 액체(16)가 노즐(11)보다 약간 더 높게 맺히는 부분(16a)이 생기고, 이 부분(16a)에 기판(20)을 접촉시키고, 이 기판(20)을 노즐(11) 상단과 적당한 간격(c)을 유지시키면서 일정한 속도로 일정 방향(b)으로 이동시켜 기판(20)에 막(16c)을 형성시킨다.4 is a cross-sectional view showing a state in which the nozzle 11 protrudes out of the liquid surface by the movement of the guide 13 and the cylinder 14, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing an operation state in which a film is coated on a substrate. ) Projects out of the liquid level, a portion 16a at which the liquid 16 forms a little higher than the nozzle 11 is formed at the upper end of the nozzle 11, and the substrate 20 is brought into contact with the portion 16a. The film 16c is formed on the substrate 20 by moving the substrate 20 in a predetermined direction b at a constant speed while maintaining an appropriate distance c from the top of the nozzle 11.
이 때, 형성되는 막(16c)의 두께를 조절하기 위해서는 기판(20)을 이동시키는 속도와, 기판(20)과 노즐(11)간의 거리(c)를 변경시키게된다. 즉, 기판(20)의 이동속도가 커지면, 기판(20)과 노즐(11) 사이의 코팅액체(16b)에 의해 형성된 공간에서의 액체의 표면장력 및 액체와 기판간의 점착력에 의해, 노즐 틈(12)의 액체를 상승시키는 양이 많아져서, 코팅 막(16c)이 두꺼워지게 되는 것이다.At this time, in order to adjust the thickness of the formed film 16c, the speed of moving the substrate 20 and the distance c between the substrate 20 and the nozzle 11 are changed. That is, when the moving speed of the substrate 20 increases, the nozzle gap (by the surface tension of the liquid in the space formed by the coating liquid 16b between the substrate 20 and the nozzle 11 and the adhesive force between the liquid and the substrate) The amount which raises the liquid of 12 becomes large, and the coating film 16c becomes thick.
그러나, 이러한 방식은 막의 두께에 영향을 주는, 기판(20)에 공급되는 액체의 양이 직접 제어되지 못하고, 막의 두께가 기판(20)의 이동 속도 변화에 따른 유량의 변화에 종속되기 때문에, 형성되는 막의 두께를 조절하는데 한계가 있다. 실제로 기판의 이동속도를 증가시키면, 기판과 노즐 사이의 코팅액의 표면장력 및 액과 기판의 점착력의 범위를 벗어나게 되어 코팅이 되지 않는 부분이 생기게된다.However, this method is formed because the amount of liquid supplied to the substrate 20, which affects the thickness of the film, is not directly controlled, and the thickness of the film is dependent on the change in flow rate with the change in the moving speed of the substrate 20. There is a limit to controlling the thickness of the film. In fact, increasing the moving speed of the substrate is outside the range of the surface tension of the coating liquid between the substrate and the nozzle and the adhesive force of the liquid and the substrate to produce a portion that is not coated.
그리고, 상기 코팅방식은 사용하는 액의 모세관 현상을 이용하며, 이러한 모세관 현상에 의하여 상승하는 액체의 물성, 특히 점성에는 한계가 있으므로 사용할 수 있는 재료가 한정되게된다.In addition, the coating method uses a capillary phenomenon of the liquid to be used, and since the physical properties of the liquid rising by such capillary phenomenon, in particular, the viscosity is limited, the materials that can be used are limited.
또한, 막의 두께를 기판이 이동하는 속도로써 조절하기 때문에 코팅이 끝나는 위치에서 기판과 노즐을 분리시킬 때, 기판과 노즐사이의 코팅액의 일부가 기판에 남게되므로, 기판의 가장자리에 코팅되는 막의 두께는 조절이 되지 않는 문제점이 있었다.In addition, since the thickness of the film is controlled by the speed at which the substrate moves, when the coating and the nozzle are separated at the end of the coating, a portion of the coating liquid between the substrate and the nozzle remains on the substrate. There was a problem that can not be adjusted.
본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 코팅되는 막의 두께 및 균일도를 향상시킬 수 있고, 기판의 이동속도에 관계없이 균일한 막을 코팅시킬 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 코팅장치의 노즐구조 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-described drawbacks, it is possible to improve the thickness and uniformity of the film to be coated, it is possible to coat a uniform film irrespective of the moving speed of the substrate, the nozzle of the substrate coating apparatus that can improve the productivity It is intended to provide a structure and a control method thereof.
이러한 본 발명은 노즐의 액체 유동로에 로터를 설치하고, 이 로터의 회전방향 및 속도를 조절하여, 노즐을 통해 토출되는 코팅액의 양을 제어함으로써 달성된다.This invention is achieved by installing a rotor in the liquid flow path of the nozzle, and controlling the amount of coating liquid discharged through the nozzle by adjusting the rotation direction and speed of the rotor.
도 1은 종래의 기판 코팅장치의 주요부를 나타내는 일부 단면도,1 is a partial cross-sectional view showing the main part of a conventional substrate coating apparatus,
도 2는 종래의 기판 코팅장치의 노즐부를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a nozzle portion of a conventional substrate coating apparatus;
도 3은 종래의 기판 코팅장치의 노즐부를 나타내는 사시도,Figure 3 is a perspective view showing a nozzle portion of a conventional substrate coating apparatus,
도 4는 종래의 기판 코팅장치의 노즐에 코팅액이 유도된 상태를 나타내는Figure 4 shows a state in which the coating liquid induced in the nozzle of the conventional substrate coating apparatus
단면도,Cross-section,
도 5는 종래의 기판 코팅장치의, 기판에 막이 코팅되는 동작상태를 나타내는5 is a view illustrating an operation state in which a film is coated on a substrate of a conventional substrate coating apparatus.
단면도,Cross-section,
도 6는 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조를 나타내는 단면도,6 is a cross-sectional view showing a nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention;
도 7은 도 6의 A'- A'선 단면과 구동부를 나타내는 도,7 is a cross-sectional view taken along line A′-A ′ of FIG. 6 and a driving part;
도 8은 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조의, 노즐부에서의 코팅액이 유도8 shows the coating liquid in the nozzle portion of the nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention.
되는 상태를 나타내는 단면도,Cross-section showing the state of becoming,
도 9는 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조의, 기판에 막이 코팅되는 동작9 is an operation of the film is coated on the substrate of the nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention
상태를 나타내는 단면도,Cross section indicating status,
도 10은 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조의 동작 순서도.Figure 10 is a flow chart of the operation of the nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 : 노즐부 110 : 노즐100 nozzle part 110 nozzle
120 : 로터 200 : 모터120: rotor 200: motor
300 : 컨트롤러300: controller
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6의 A'- A'선 단면과 구동부를 나타내는 도로서, 이를 참고하여 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a line A′-A 'and a driving unit of FIG. 6. .
상기 노즐부(100)의 노즐(110)은 두 개의 블록으로 이루어져, 이 두 블록 사이에 유로가 형성되며, 이 유로의 일측에는 다른 구조물이 설치될 수 있는 홈(111)이 형성되어있고, 이 홈(111)에는 외부에 설치되는 모터(200)에 의하여 회전되는 로터(120)가 구성된다.The nozzle 110 of the nozzle unit 100 is composed of two blocks, a flow path is formed between the two blocks, and one side of the flow path is formed with a groove 111 in which another structure can be installed. The groove 111 is configured with a rotor 120 that is rotated by a motor 200 installed outside.
그리고 상기 로터(120)를 회전시키기 위한 모터(200)가 상기 로터(120)와 동축상에 설치되고, 이 로터(120)의 양 끝부분에는 회전을 돕기 위한 베어링(121)이 구성되며, 상기 모터(200)를 제어하는 콘트롤러(300)가 구성되어 로터(120)의 회전상태를 제어하게된다.In addition, a motor 200 for rotating the rotor 120 is installed coaxially with the rotor 120, and both ends of the rotor 120 are configured with a bearing 121 to assist rotation. The controller 300 for controlling the motor 200 is configured to control the rotation state of the rotor 120.
한편, 상기 노즐(110)을 상하방향으로 이동시키는 가이드(13)와 실린더(14)가 구성되며, 상기 노즐(110)이 위치하고 코팅액(16)이 담겨지는 코팅액통(15)이 구성되는 것은 종래의 구성과 동일하다.On the other hand, the guide 13 and the cylinder 14 to move the nozzle 110 in the up and down direction is configured, the coating liquid container 15 that the nozzle 110 is located, the coating liquid 16 is contained is conventionally configured Same as the configuration.
도 8은 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조의, 노즐부(100)에서의 코팅액이 유도되는 상태를 나타내는 단면도로서, 노즐(110) 내의 홈(111)에 설치되는 로터(120)가 화살표 방향(B,C)으로 회전하면, 코팅액은 화살표로 도시된 바와 같이, A→D→E 방향으로 상승하게된다.8 is a cross-sectional view showing a state in which the coating liquid in the nozzle unit 100 of the nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention is guided, and the rotor 120 provided in the groove 111 in the nozzle 110 is in the direction of the arrow. When rotated to (B, C), the coating liquid rises in the direction A → D → E, as shown by the arrow.
또한, 도 9는 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조의, 기판에 막이 코팅되는 동작상태를 나타내는 단면도이고, 도 10은 본 발명의 기판 코팅장치의 동작단계를 나타내는 동작 순서도로서, 모터(200)를 구동하여 코터(120)를 회전시키는 로터회전단계(S1)와, 실린더(140)를 구동하여 상기 노즐(110)을 상승시키는 노즐상승단계(S2)와, 기판(20)을 일정 방향으로 이동시키는 기판이동단계(S3)와, 노즐(110)이 기판(20)의 끝부분에 이르게 되면 로터를 정지시키는 로터정지단계(S4)와, 기판의 이동을 정지시키는 기판정지단계(S5)와, 상기 노즐(110)을 하강시키는 노즐하강단계(S6)로 구성된다.9 is a cross-sectional view showing an operation state in which a film is coated on a substrate of the nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention, and FIG. 10 is an operation flowchart showing an operation step of the substrate coating apparatus of the present invention. Rotor rotating step (S1) for rotating the coater 120 to drive the nozzle, nozzle raising step (S2) for raising the nozzle 110 by driving the cylinder 140, and the substrate 20 to move in a predetermined direction A substrate movement step (S3), a rotor stop step (S4) for stopping the rotor when the nozzle (110) reaches the end of the substrate (20), a substrate stop step (S5) for stopping the movement of the substrate, It consists of a nozzle lowering step (S6) for lowering the nozzle 110.
상기 도 8 내지 도 10을 참고하여 본 발명의 기판 코팅장치의 노즐구조에 의한 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.8 to 10, the effects of the nozzle structure of the substrate coating apparatus of the present invention will be described in detail as follows.
코팅 작동순서는, 노즐(110)이 코팅액(16)에 잠겨있는 상태에서 콘트롤러(300)를 조작함으로써 모터(200)를 구동하여 로터(120)를 회전시키는 로터회전단계(S1)를 수행하게 되면, 상기 코팅액(16)이 노즐(110) 내부에서 상승하게된다. 즉, 이 경우에는 액체의 모세관 현상을 이용하는 것이 아니고, 로터(120)의 회전에 의해 유속을 발생시킴으로써 상기 코팅액(16)을 상승시키게 된다. 따라서 사용할 수 있는 액체의 점성 등의 물성의 범위가 보다 커지게 되어, 코팅액으로 사용하는 재료의 폭이 넓어지게 되고, 코팅하는 막의 두께를 다양하게 할 수 있는 것이다.When the coating operation sequence is performed by the rotor rotation step S1 of rotating the rotor 120 by driving the motor 200 by manipulating the controller 300 while the nozzle 110 is immersed in the coating liquid 16. The coating liquid 16 rises inside the nozzle 110. That is, in this case, the coating liquid 16 is raised by generating a flow rate by the rotation of the rotor 120, rather than using a capillary phenomenon of the liquid. Therefore, the range of physical properties such as the viscosity of the liquid that can be used becomes larger, the width of the material used as the coating liquid becomes wider, and the thickness of the coating film can be varied.
이후에는, 실린더(14)를 구동하여 상기 노즐(110)을 상승시키는 노즐상승단계(S2)를 수행하여, 상기 노즐(110)이 코팅액(16)의 액면 밖으로 노출되도록 하며, 노즐(110) 끝부분에 맺힌 코팅액이 기판(20)에 접촉되도록 한다.Thereafter, the nozzle 14 is driven to drive the cylinder 14 to raise the nozzle 110, so that the nozzle 110 is exposed outside the liquid level of the coating liquid 16, and the end of the nozzle 110. The coating liquid formed on the part is brought into contact with the substrate 20.
다음에, 상기 기판(20)을 일정방향(c)으로 일정속도로 움직이게 하는 기판이동단계(S3)를 수행하여 상기 기판(20)에 균일한 막이 형성되게 되는데, 상기한 바와 같이, 로터(120)의 회전에 의하여 코팅액을 기판에 공급하게 되므로, 상기 기판(20)을 움직이는 속도를 달리하여도, 그에 따라 상기 로터(120)를 회전시키는 속도를 조절함으로써, 균일한 막을 형성시킬 수 있으므로, 결국, 전체적인 생산효율을 향상시킬 수 있게되는 것이다.Next, a uniform film is formed on the substrate 20 by performing the substrate movement step S3 for moving the substrate 20 at a constant speed in a predetermined direction c. As described above, the rotor 120 Since the coating liquid is supplied to the substrate by rotation of), even if the speed of moving the substrate 20 is changed, a uniform film can be formed by adjusting the speed of rotating the rotor 120 accordingly. Therefore, the overall production efficiency can be improved.
이후, 상기 기판(20)이 이동하여 기판(20)의 끝부분에 노즐(120)이 놓이는 상태에 이르게되면, 회전하는 로터(120)를 정지시키는 로터정지단계(S4)를 수행한다. 즉, 상기와 같이, 로터의 회전을 효과적으로 제어함으로써, 종래와 같이 기판(20)의 가장자리에는 막의 두께가 두꺼워지는 현상을 배제할 수 있는 것이다.Thereafter, when the substrate 20 moves to reach a state where the nozzle 120 is placed at the end of the substrate 20, a rotor stop step S4 of stopping the rotating rotor 120 is performed. That is, as described above, by effectively controlling the rotation of the rotor, it is possible to eliminate the phenomenon that the thickness of the film becomes thick at the edge of the substrate 20 as in the prior art.
다음에, 상기 기판(20)을 정지시키는 기판정지단계(S5)를 수행하며, 이러한 단계에 의하여 기판(20) 전체면을 코팅하고 난 후에는, 상기 노즐(120)을 다시 하강시키는 노즐하강단계(S6)를 수행하게 된다.Next, performing a substrate stop step (S5) to stop the substrate 20, and after coating the entire surface of the substrate 20 by this step, the nozzle lowering step of lowering the nozzle 120 again (S6).
이상과 같은 본 발명은, 노즐 내에 로터를 구성하여, 이 로터의 회전에 의한 유속의 발생에 의하여 코팅액을 상승시켜 코팅을 수행함으로, 사용할 수 있는 액체의 선택의 폭이 넓어지고, 코팅되는 막의 두께를 다양하게 제어할 수 있으며, 코팅하는 과정에서 상기 로터의 회전상태를 제어함으로써, 기판의 가장자리에서 막이 두꺼워지는 현상을 제거하여 균일한 막을 얻을 수 있고, 또한, 기판의 이동속도에 제한이 없어, 생산성을 향상시키는 효과가 있는 발명인 것이다.The present invention as described above, by forming a rotor in the nozzle, the coating liquid is raised by the generation of the flow rate by the rotation of the rotor to perform the coating, thereby widening the choice of the available liquid, the thickness of the film to be coated It can be controlled in various ways, by controlling the rotation state of the rotor in the coating process, to eliminate the phenomenon of the film thickening at the edge of the substrate to obtain a uniform film, there is also no limit to the moving speed of the substrate, It is an invention which has the effect of improving productivity.
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