KR20010069715A - 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치 - Google Patents

플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 판넬용 플라스틱 전극 및 플라스틱 필름을 이용하여 진공에서 증착(evaporation, sputtering 등)하는 제품에서 투명전도성 박막인 ITO(인듐-주석 산화물) 또는 기타의 박막 물질을 증착하는 공정에서 증착전에 플라스마를 이용하여 연속으로 전처리를 하는 플라스틱 필름의 연속 표면 개질 장치에 관한 것이다.
기존의 플라즈마 처리공정은 자석이 전극 내부에 있거나, 자석을 사용하지 않아서 전극 재료의 소모가 있거나 플라스마 방전 전압이 수천볼트 정도로 높아 플라스틱 필름의 경우 표면에 치명적인 결함을 준다. 또한 플라즈마가 증착면과 같이 표면 개질을 원하는 부분에만 발생되지 않고 전체적으로 발생되어 효율이 좋지 않다.
본 발명은 고전압 공급에 의해 플라즈마 방전을 하는 양극 및 음극(접지)의 전극(11)이 배치되고 전극 주변을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되게 하기 위한 냉각수통로(12)를 구비하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 장치(10)와; 그 플라즈마 장치(10)의 상부에서 플라즈마의 이온밀도를 높일 수 있도록 자계를 발생하는 자석이 배열되고, 자석 사이에 자외선 광원(22)이 설치된 자계 발생장치(20)로 이루어져 상기 플라즈마 장치(10)와 자계 발생장치(20) 사이로 플라스틱 필름을 통과시켜 플라스틱 표면을 연속 개질 하도록 구성된다.

Description

플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치{In-situ suface functionalization treater of plastic film}
본 발명은 박막코팅장비에서 사용되는 기술인 마그네트론 스퍼터링의 전극(cathode) 부분의 구조를 응용한 기술로써 플라즈마 처리를 하고자하는 부분에서 일정하고 안정적으로 연속 표면 개질이 가능하고 표면개질의 효과를 극대화시킬 수 있도록 한 플라스틱 기판의 표면 개질 장치에 관한 것이다.
터치판넬용 플라스틱 전극 및 플라스틱 필름을 이용하여 진공에서 증착(evaporation, sputtering 등)하는 제품에서 투명전도성 박막인 ITO(인듐-주석 산화물) 또는 기타의 박막 물질을 증착하는 공정에서 증착전에 플라스마를 이용하여 연속으로 플라스틱 표면을 개질하는 전처리를 행한다.
일반적으로 많이 사용하는 플라스틱 기판인 PET(polyethylene terephtalate) 기판의 경우 표면장력(surface tension)이 40 dyne/cm2이상이기 때문에 다른 플라스틱 기판 보다 부착력이 좋지만, 특히 터치판넬에 사용되는 ITO/PET, ITO/PC 등과 같이 플라스틱 필름을 사용한 제품은 터치판넬의 경우 반지름이 3mm인 실리콘 고무로 백만회 이상의 타점을 견뎌야 하므로 플라스틱 필름과 ITO 박막의 부착력(adhesion)이 50g/cm2이상으로 강해야 하고, ITO 박막 자체의 기계적 강도도 높아야 한다.
기존의 플라즈마 처리공정은 자석이 전극 내부에 있거나, 자석을 사용하지 않아서 전극 재료의 소모가 있거나 플라스마 방전 전압이 수천볼트 정도로 높아 플라스틱 필름의 경우 표면에 치명적인 결함을 준다. 또한 플라즈마가 증착면과 같이 표면 개질을 원하는 부분에만 발생되지 않고 전체적으로 발생되어 효율이 좋지 않다. 결과적으로 종래 플라즈마 장치를 이용한 경우 필름표면의 손상으로 인한 불량발생, 균일한 표면개질 미비로 인하여 부착력 및 강도가 떨어지고 장기간 사용시 쉽게 손상되는 문제점이 있었다.
본 발명은 플라스마를 이용하여 필름 표면의 표면 장력을 56 dyne/cm2이상으로 개질 처리하여 ITO와 PET 기판과의 부착력을 더욱 높일 수 있도록 한 플라스틱 필름의 표면 개질장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 박막코팅장비에서 사용되는 기술인 마그네트론 스퍼터링의 전극(cathode) 부분의 구조를 응용한 기술로써 특히 영구자석을 사용하여 플라즈마 발생시 이온밀도를 높임으로써 ITO 투명 전도성막을 형성하기 위한 플라스틱 기판의 표면 개질하여 부착력 및 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 장치를 제공한다.
또한 플라스마 처리기 내부에 반응성이 높은 오존의 양을 증가시키기 위해 특정 파장인 180 ∼ 300nm를 방출하는 자외선 램프를 장착하였다.
따라서 본 발명의 장치를 이용하면 플라즈마 처리를 하고자하는 부분에서 일정하고 안정적으로 연속 표면 개질이 가능하고, 자외선 광원에 의해 플라스마 내의 오존 농도 증가시켜 표면개질의 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1는 본 발명에 의한 플라스틱 필름의 연속 표면 개질 장치의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 ; 플라스틱 필름 10 : 플라즈마 장치
11 : 전극 12 : 냉각수 통로
20 : 자계발생장치 21 : 자석
22 : 자외선 광원
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 연속 표면 개질 장치의 개략도이다. 이에 도시된 바와 같이, 고전압 공급에 의해 플라즈마 방전을 하는 양극 및 음극(접지)의 전극(11)이 배치되고 전극 주변을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되게 하기 위한 냉각수통로(12)를 구비하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 장치(10)와; 그 플라즈마 장치(10)의 상부에서 플라즈마의 이온밀도를 높일 수 있도록 자계를 발생하는영구자석(21)이 배열된 자계발생장치(20)로 이루어져 상기 플라즈마 장치(10)와 자계발생장치(20) 사이로 플라스틱 필름을 통과시켜 플라스틱 표면을 연속 개질하도록 구성된다.
플라즈마 발생시 이상 고온으로 상승되는 것을 막기 위해 냉각수를 순환시켜 플라즈마 장치를 냉각시킬 수 있도록 하는데, 냉각수는 전극(11)의 주위를 순환하여 냉각 시킬 수 있도록 구성한다.
또한 본 발명에서는 상기 자계발생장치(20) 내에 산소가스를 오존으로 변화시키기 위한 자외선 광원(22)을 더 포함시켜 구성한다. 자외선 광원으로는 특정 파장인 180 ∼ 300nm를 방출하는 자외선 램프를 사용한다. 자외선 램프는 적어도 2개 이상으로 복수개를 설치하여 구성한다.
상기 자계발생장치(20)의 자석은 영구자석이나 전자석을 사용할 수 있는데 본 실시예에서는 플라스마 발생시 이온 밀도를 높여주기 위해서 자기력이 6000 가우스(gauss)인 영구자석(21)를 사용하였으며, 영구자석(21)은 N극 S극 N극이 차례로 배열된 구조로 구성한다. 즉, 외측에 N극이 배열되고 중간에 S극이 배열된 구조로 구성한다. 그리고, 영구자석(21)의 사이에 자외선 램프(22)를 배치 구성한다.
본 발명에서와 같이 플라즈마 장치(10)의 상부에 자계발생장치(20)를 배치하여 영구자석에서 발생되는 자기력을 이용하게 되면 플라즈마의 이온 밀도를 높일 수가 있게 된다.
이와 같이 영구자석(21)을 이용하여 플라스마를 발생시키면, 플라즈마의 이온밀도가 증가되어 PET 표면에 C-O, C=O 등의 카보닐(carbonyl) 그룹을 증가시키고, 표면 조도를 낮춤과 동시에 핵생성 자리를 증가시켜 ITO 등과 같은 증착 물질의 핵 생성율을 높여 공정조건에 따라서는 저온에서 수십 나노(nm) 크기의 균일한 막을 얻을 수 있어 ITO 박막의 강도를 증가시킬 수 있게 된다. 이에 따라 필름 표면의 표면 장력을 56 dyne/cm2이상으로 개질 처리하여 ITO와 PET 기판과의 부착력을 더욱 높일 수 있게된다.
또한 마그네트론 스퍼터링법에서 응용한 기술로써 알곤, 산소, 질소 등과 같이 환경에 친화적인 가스를 사용하며, 가스를 공급하면서 전원 입력부(도면에 도시않됨)를 통하여 상기 플라즈마장치(10)에 전원을 공급하면 플라즈마가 발생된다. 동시에 자외선(UV) 광원(22)을 비춰주면 산소성분이 오존으로 변화되는 비율이 높아져서 플라스틱기판의 박막강도의 증가 및 표면 조도감소의 효과를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 ITO 투명전도성 박막공정중의 전처리공정으로써 ITO와 플라스틱 기판 사이의 부착력 향상과 막의 강도를 높이고 조도를 감소하는 공정기술에 사용할 수 있으며, 특히 터치 패널에 사용되는 ITO/PET, ITO/PC등과 같은 플라스틱 필름을 사용한 제품 제작 공정에 적용할 수 있으며, 매우 우수한 품질의 표면 개질 효과를 얻을 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 플라스틱 필름에 박막을 코팅하는 기술 중에 박막과의 낮은 부착력과 ITO 박막 자체의 기계적 강도가 낮아서 성막시 문제가 되었던 문제들을 해결할 수 있으며, 더욱 더 향상된 고기능성의 박막코팅에 많은 적용이 될 수 있다.
본 발명은 영구자석을 사용하여 플라즈마 이온 밀도를 높여 줌으로써 표면장력을 56 dyne/cm2이상으로 개질 처리하여 부착력을 높이고, 자외선 광원을 이용하여 ITO 박막의 강도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 부착력과 박막의 기계적 강도 향상과 표면의 조도를 낮추기 위한 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치에 있어서,
    고전압 공급에 의해 플라즈마 방전을 하는 양극 및 음극(접지)의 전극(11)이 배치되고 전극 주변을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되게 하기 위한 냉각수통로(12)를 구비하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 장치(10)와;
    그 플라즈마 장치(10)의 상부에서 플라즈마의 이온밀도를 높일 수 있도록 자계를 발생하는 자석이 배열된 자계발생장치(20)로 이루어져 상기 플라즈마 장치(10)와 자계발생장치(20) 사이로 플라스틱 필름을 통과시켜 플라스틱 표면을 연속 개질하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자계발생장치(20) 내에 산소가스를 오존으로 변화시키기 위한 자외선 광원(22)을 더 포함시켜 구성한 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 자외선 광원은,
    파장이 180 ∼ 300nm를 방출하는 자외선 램프를 사용하고, 적어도 2개이상복수개가 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 자계발생장치의 자석은,
    영구자석을 상기 플라즈마 장치(10)로 대향하여 N극, S극, N극이 차례로 배열되게 구성한 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치.
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