KR20060009973A

KR20060009973A - 용액 절약형 정밀 딥코팅기

Info

Publication number: KR20060009973A
Application number: KR1020040058514A
Authority: KR
Inventors: 황태진; 이흥렬; 김성신
Original assignee: 한국생산기술연구원; 주식회사 유스테크코리아
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-02

Abstract

본 발명은 용액 절약형 정밀 딥코팅기에 관한 것으로, 기판을 마주보고 붙이고 그 사이에 용액을 주입해 인출하는 방식으로 딥코팅(dip-coating)을 하거나, 상기 딥코팅할 때 용액 인출속도를 바꾸어서 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있거나, 혹은 상기 딥코팅할 때 용기 전체를 일정한 각도로 기울여서 인출함으로써 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있는 것이다.

상기 본 발명에 따르면, 단면 코팅시 한번에 두 개의 기판에 동시에 코팅이 가능하고, 기울임 각도 등을 자유 자재로 할 수 있으며, 용기에 묻어서 소모되는 용액의 양을 최소화할 수 있는 외에, 코팅의 속도 조절이 정밀하게 조절되는 효과가 있다.

용액, 절약형, 정밀, 딥코팅기, 인출속도, 기판, 박막

Description

용액 절약형 정밀 딥코팅기{Precision Dip-coating Machine}

도1은 본 발명의 용액 절약형 정밀 딥코팅기의 설계도

도2는 측면에서 본 경우의 코팅 용기의 기울임을 설명한 도면

도3은 용액 인출속도에 따른 코팅 두께의 변화를 나타낸 그래프

본 발명은 용액 절약형 정밀 딥코팅기에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 기판을 마주보고 붙이고 그 사이에 용액을 주입해 인출하는 방식으로 딥코팅을 하거나, 상기 딥코팅할 때 용액 인출속도를 바꾸어서 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있거나, 혹은 상기 딥코팅할 때 용기 전체를 일정한 각도로 기울여서 인출함으로써 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있는 것이다.

졸-겔 공정을 이용한 박막 코팅 기술은 1960년대 이후부터 많이 이용된 방법 이다. 박막을 제조하는 구체적인 방법은 기판에 졸을 뿌리거나, 졸 속에 기판을 넣었다가 들어올리거나, 혹은 기판을 빠르게 회전시키면서 졸을 떨어뜨려 고르게 퍼지도록 하는 방법 등이 있다.

이들 방법 중 기판이 큰 경우는 용액에 담갔다가 들어올리는 방법을 많이 쓴다. 이것을 흔히 딥코팅(dip-coating)이라고 한다. 이 방법은 면적이 넓은 기판에 비교적 고른 코팅을 형성하기에 적합하므로 매우 유용한 방법이다.

딥코팅에서는 충분한 양의 용액을 준비한 후 용액 속에 기판 전체를 담갔다가 끌어올린다. 따라서, 유리기판 양면에 모두 용액이 묻고 결과적으로 양면 모두에 코팅이 형성된다. 그러나, 한쪽 면에 대해서만 코팅을 하는 것이 일반적이므로, 딥코팅을 하고자 할 때는 한 면에 테이프를 바른 후 코팅 후에 테이프를 떼어내는 방법을 이용한다.

그러나, 이러한 방법은 공정이 번거롭고 용액이 고가일 경우는 특히 매우 비효율적이다. 테이프를 붙이고 떼어내는 불필요한 공정이 반복되고 테이프에 묻은 용액은 결국 코팅이 되지 못하고 소모되기 때문이다. 특히 용액이 고가인 경우는 매우 낭비가 심하다. 대부분의 코팅은 특수한 물질을 이용하는 경우가 많으므로 용액도 고가인 것이 일반적이다.

딥코팅에서 코팅 면의 두께를 조절하는 방법은 여러 가지가 있다. 기판을 용액으로부터 들어올리는 속도를 빨리 하면 코팅 두께가 더 두꺼워진다. 또 다른 방법은 기울여서 코팅하는 것이다. 기울여서 코팅하면 위로 향하는 면에 더 두꺼운 코팅이 형성되고 아래로 향한 면에는 얇은 코팅이 형성된다.

기존의 딥코팅 방법은 양면 모두 코팅되어 용액의 소모량이 많다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 고가의 용액을 이용하면서 한쪽 면만의 코팅이 필요한 경우는 특별한 방법이 필요하다. 또한, 기존의 방법은 기울임 코팅을 할 경우 기판을 자유자재로 기울이기가 불편하다는 단점이 있다.

딥코팅의 또 다른 문제점은 기판을 용액에 담갔다 들어올리는 방식이고, 이를 기계적인 장치를 이용해서 구동하므로 진동으로 인해 코팅이 불균일하게 될 우려가 있다. 아무리 정밀한 기계장치를 동원하더라도 기계적 진동을 완전히 없앨 수는 없으며, 그로 인해서 코팅의 두께가 국부적으로 다르게 형성될 가능성이 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명에서는, 단면 코팅시 한번에 두 개의 기판에 동시에 코팅이 가능하고, 기울임 각도 등을 자유 자재로 할 수 있으며, 용기에 묻어서 소모되는 용액의 양을 최소화할 수 있는 외에, 코팅의 속도 조절이 정밀하게 조절되는 용액 절약형 정밀 딥코팅기를 제공하고자 한다.

이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서 고안한 정밀 딥코팅기의 설계도면을 도1에 나타내었다.

1. 기판의 부착

우선 사각의 프레임을 제작한다. 사각의 프레임에는 기판을 부착할 면에 상 기 도1에서와 같이 o-링을 두개씩 부착하고, 두 o-링의 사이에 고랑(너비 1mm 정도)을 파서, 이 고랑을 통해서 진공이 유지될 수 있도록 한다. 기판은 프레임을 사이에 두고 마주보게 하여 진공 펌프를 이용해서 부착되어 있도록 한다.

2. 용액의 주입 및 인출

이렇게 하면 유리기판은 떨어지지 않고 붙어 있을 수 있으며, 프레임에 미리 뚫어 놓은 용액관을 통해서 용액을 주입할 수 있다. 용액의 주입은 용액펌프를 이용하여 밀어 넣는 방법을 쓴다. 주입된 용액은 서서히 차올라 기판의 각각 한면과 접촉하며, 프레임과 기판으로 형성된 용기를 모두 채우게 된다. 이 때, 프레임의 두께를 얇게 하면 용기내에 채워야 할 용액의 양을 최소화 할 수 있다.

일정시간(약 30초)이 지난 후에 용액은 다시 용액펌프에 의해서 빠져나가게 된다. 이 때, 용액 펌프의 작동을 조절하면 용액이 빠져나가는 속도를 조절할 수 있고, 이것은 전통적 딥코팅 방식에서 기판을 들어올리는 속도를 조절하는 것과 같은 효과를 낼 수 있다. 즉, 용액을 빨리 빼내면 기판을 빨리 들어 올리는 것과 같아서 형성된 박막의 두께가 두꺼워지고, 반대로 용액을 천천히 빼내면 기판을 천천히 들어 올리는 것과 같으므로 형성된 박막의 두께가 얇아진다.

3. 용기의 기울임

또한 용액이 빠져나갈 때, 기판과 프레임 전체를 한쪽 방향으로 쉽게 기울일 수 있다. 도2는 측면에서 본 경우의 코팅 용기의 기울임을 설명한 도면이다.

개방된 용기에 기판을 넣었다 빼는 방식에서는 용기를 기울일 수 없으므로, 기판을 기울여서 들어올리고자 할 경우는 더 큰 용기를 제작해야하고, 결과적으로 더 많은 용액을 필요로 하게 된다. 그러나, 본 발명의 딥코팅기를 이용하면 용기자체를 기울일 수 있게 되므로, 용액의 추가적인 준비 없이도 기울여서 코팅하는 효과를 얻을 수 있다.

용기를 기울여서 용액을 빼내는 경우는, 마주보고 있는 두 기판에 각각 다른 두께의 박막이 형성된다. 즉, 윗쪽에 있는 기판에는 얇은 박막이, 아랫쪽에 있는 기판에는 두꺼운 박막이 형성된다. 그러므로 한번의 코팅으로 서로 다른 두께의 박막을 얻을 수 있다.

상기 본 발명에서 얻어지는 용액 절약형 정밀 딥코팅기를 이용하여 하기한 효과를 얻을 수 있었다.

1. 한번에 두 개의 기판에 단면 코팅

본 발명에서 제시한 정밀 딥코팅기를 이용하여, 팁코팅을 이용한 박막의 형성에서도 기판의 양면에 모두 용액을 묻히지 않고 두개의 기판에 각각 한면에만 성공적으로 코팅을 형성하였다.

2. 용액의 사용량

본 발명의 정밀 딥코팅기를 이용하면 준비해야 하는 용액의 양을 크게 줄일 수 있다. 기존의 딥코팅기로 5㎝×10㎝의 기판에 딥코팅하려면 대략 100 ml의 용액이 필요하지만, 본 발명의 정밀 딥코팅기를 이용하면, 용액의 양을 20 ml 정도로 크게 줄일 수 있다. 이것은 대형 기판을 이용하여 코팅할 때는 더욱 효과가 커서, 대개 10% 정도의 용액으로 원하는 코팅을 형성할 수 있다.

3. 코팅 속도의 조절

용액의 인출 속도에 따른 코팅 두께의 변화를 도3에 나타내었다. 도면에서와 같이, 용액의 인출 속도를 빠르게 할수록 더욱 두꺼운 두께의 박막을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이론적으로 딥코팅에서의 박막의 두께는 기판을 들어올리는 속도의 제곱근에 비례하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 제시하는 정밀 딥코팅기를 이용하여 용액의 인출 속도를 달리한 경우도 근사적으로 그러한 경향을 보임을 알 수 있다.

4. 기울임 효과

용기를 기울여 용액을 인출함으로써 두개의 기판에 각각 다른 두께의 박막을 형성할 수 있었다.

기울임 각도에 따른 박막의 두께 변화를 하기 표1에 나타낸다.

	기울임 각도
	10°	30°	50°
윗쪽 기판 박막 두께(nm)	75	60	43
아랫쪽 기판 박막 두께(nm)	88	110	135

상기 표1에 나타낸 바와 같이, 용기를 수직에서 각도를 크게 기울일 수록 아래쪽 기판에 더 두꺼운 박막이 형성되고 위쪽 기판에는 점차 작은 두께의 박막이 형성됨을 확인할 수 있다.

이로써 용액의 인출 속도를 이용하여 조절할 수 있는 박막의 두께 보다 더 두꺼운 박막을 형성할 수도 있다. 또한, 동시에 서로 다른 두께의 박막의 형성함으로써 같은 조성의 용액을 이용할 때, 두께에 의한 박막의 특성을 평가하고자 할 때 매우 유용하게 쓰일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판을 마주보고 붙이고 그 사이에 용액을 주입해 인출하는 방식으로 딥코팅을 하거나, 상기 딥코팅할 때 용액 인출속도를 바꾸어서 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있거나, 혹은 상기 딥코팅할 때 용기 전체를 일정한 각도로 기울여서 인출함으로써 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있도록 하여, 단면 코팅시 한번에 두 개의 기판에 동시에 코팅이 가능하고, 기울임 각도 등을 자유 자재로 할 수 있으며, 용기에 묻어서 소모되는 용액의 양을 최소화할 수 있는 외에, 코팅의 속도 조절이 정밀하게 조절되는 효과가 있어, 관련 분야에의 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.

Claims

기판을 마주보고 붙이고 그 사이에 용액을 주입해 인출하는 방식으로 딥코팅(dip-coating)하는 것을 특징으로 하는 용액 절약형 정밀 딥코팅기
기판을 마주보고 붙이고 그 사이에 용액을 주입해 인출하는 방식으로 딥코팅할 때 용액의 인출속도를 바꾸어서 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있는 것을 특징으로 하는 용액 절약형 정밀 딥코팅기
기판을 마주보고 붙이고 그 사이에 용액을 주입해 인출하는 방식으로 딥코팅할 때 용기 전체를 일정한 각도로 기울여서 인출함으로써 기판에 형성되는 박막의 두께를 바꿀 수 있는 것을 특징으로 하는 용액 절약형 정밀 딥코팅기