KR20090034193A - 진공 롤투롤 증착장치 및 그 증착방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 플라스틱 필름 기판위에 투명전극인 인듐-주석 산화물(ITO) 박막층을 형성하는 증착장치 및 그 증착방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 플라스틱 필름 기판위에 산화막 형성 또는 ITO 박막 증착전에 열처리과정과 냉각과정을 통해 필름의 비저항을 낮추고 필름 내부에 잔류하는 가스와 수분을 제거하여 필름의 표면 특성을 향상시키는 진공 롤투롤 증착장치 및 그 증착방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치 및 그 증착방법에 의하면 플라스틱 필름 기판위에 ITO 박막층을 증착하기 전에 플라스틱 필름을 열처리 후 냉각함으로써 플라스틱 필름의 비저항을 낮추고 내부의 잔류 가스와 수분을 제거하여 플라스틱 필름 표면의 안정성을 높일수 있는 장점이 있다.
ITO 박막 증착, 플라스틱 필름, 롤투롤(roll-to-roll)
Description
본 발명은 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 플라스틱 필름 기판위에 투명전극인 인듐-주석 산화물(ITO) 박막층을 형성하는 증착장치 및 그 증착방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 플라스틱 필름 기판위에 산화막 형성 및 ITO 박막 증착전에 열처리과정과 냉각과정을 통해 필름의 비저항을 낮추고 필름 내부에 잔류하는 가스와 수분을 흡착하도록 하여 필름의 표면 특성을 향상시키는 진공 롤투롤(Roll-to-Roll) 증착장치 및 그 증착방법에 관한 것이다.
종래로부터 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 투명전극으로 사용되는 필름의 경우 플라스틱 필름 기판위에 투명한 전극인 인듐-주석 산화물(이하 'ITO' 라 한다.) 박막을 증착한 ITO/플라스틱 필름이 사용되어 왔다.
종래의 산화물 증착 플라스틱 필름의 처리방법에 의하면 플라스틱 기판으로 주로 사용되는 하드 코팅된 PET(polyethylene terephtalate) 필름에 스퍼터링을 통해 ITO 박막을 수 백 나노미터 정도의 두께로 증착하였다.
그러나 최근들어 전자 산업 재료, 부품 분야에서 일반적으로 경박, 단소화 및 대면적화가 요구됨에 따라 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 투명전극으로 사용되는 기판을 고분자로 대체하는 연성전자공학(flexible electronics) 기술이 급속히 발전하고 있다.
특히 이러한 연성전자공학(flexible electronics)을 이용한 터치 판넬 및 기타 디스플레이용 투명 전도막 필름의 제작이 활발하게 이루어 지고 있으며, 이러한 유연한 고분자 기판에 박막을 형성하기 위해서는 롤(roll) 형태로 되어있는 플라스틱 필름을 진공 챔버내의 공급롤에 장착하고 수 mtorr의 압력에서 연속으로 필름을 권취하면서 ITO 박막의 증착공정을 진행하게 된다.
이러한 종래의 롤투롤 방식의 박막 증착장치는 일반적으로 필름 공급롤과 권취롤, 플라스틱 필름에 포함되어 있는 수분을 제거하는 열처리부와 냉각드럼 및 박막 증착을 위한 스퍼터링 캐소드를 구비하고 있다.
그러나 PET(polyethylene terephtalate) 필름과 같은 플라스틱 필름의 경우 유리천이온도가 80℃ 정도이고 고온 가열시 필름의 특성이 변화하여 증착 작업이 불가능하여 히터의 최고 사용 온도가 180℃ 이하로 제한된다.
따라서 플라스틱 필름 표면의 가열 온도가 낮아지게 되고 이로인해 스퍼터링 작업전에 플라스틱 필름의 저항이 높아지고, 필름 내부에 잔류해 있는 가스와 수분을 충분히 제거하지 못함으로써 균일한 산화막을 형성하기 어려운 문제가 있었다.
또한 ITO 박막이 증착된 후에도 시간이 지남에 따라 증착된 ITO 박막의 전기적 특성이 변하기 쉬운 단점이 있으며, 필름 내부에 잔류해 있는 가스와 수분을 충분히 제거하기 위해서는 상기의 공정을 여러차례 반복해야 하는 문제가 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플라스틱 필름의 증착장치 및 그 증착방법에 있어서, 플라스틱 필름 기판위에 ITO 박막층을 증착하기 전에 플라스틱 필름의 표면을 열처리 후 냉각함으로써 플라스틱 필름의 비저항을 낮추고 내부의 잔류 가스와 수분을 제거하여 플라스틱 필름 표면의 안정성을 높일수 있는 진공 롤투롤 증착장치 및 그 증착방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치는, 감겨있는 플라스틱 필름을 연속적으로 공급하기위한 공급롤(11), 상기 공급롤로부터 공급되는 상기 플라스틱 필름 내부에 잔류하는 가스 및 수분을 방출하기 위해 상기 플라스틱 필름을 가열하기 위한 히터(12), 가열된 상기 플라스틱 필름을 냉각하기 위한 냉각장치(13), 상기 플라스틱 필름의 표면 개질을 위해 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리기(14), ITO 박막이 증착되는 동안 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 냉각시키기 위한 냉각드럼(15), 상기 플라스틱 필름의 표면에 ITO 박막을 증착하기 위한 캐소드(16) 및 상기 ITO 박막이 증착된 상기 플라스틱 필름을 감기 위한 권취롤(17)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착방법은, (a)공급롤에 감겨있는 플라스틱 필름을 공급하는 플라스틱 필름 공급단계, (b)상기 플라스틱 필름 내부의 잔류가스 및 수분을 방출하기 위해 상기 플라스틱 필름을 가 열하는 플라스틱 필름 가열단계, (c)상기 플라스틱 필름 내부에 잔존하는 수분을 방출하고 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 ITO 박막의 증착 공정온도로 하강시키는 플라스틱 필름 냉각단계, (d)플라즈마를 이용하여 상기 플라스틱 필름의 표면을 처리하는 플라즈마처리단계, (e)상기 ITO 박막의 증착 공정온도를 유지하면서 상기 플라스틱 필름 위에 ITO 박막을 증착하는 ITO 박막증착단계 및 (f)ITO 박막이 증착된 상기 플라스틱 필름을 권취하는 플라스틱 필름 권취단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치 및 그 증착방법에 의하면 플라스틱 필름 기판위에 ITO 박막을 증착하기 전에 플라스틱 필름 표면을 열처리한 후 냉각함으로써 플라스틱 필름의 비저항을 낮추고 내부의 잔류 가스와 수분을 제거하여 플라스틱 필름 표면의 안정성을 높일수 있는 장점이 있다.
또한 냉각 배플을 포함하는 냉각장치를 통해 필름 표면에 잔류하는 수분을 다량 응축시킴으로써 공정의 반복 횟수를 감소시키고 공정 시간을 단축 시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치의 개념도이다.
도 1을 참고하면 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치는, 공급롤(11), 히터(12), 냉각장치(13), 플라즈마 처리기(14), 냉각드럼(15), 스퍼터링 캐소드(16) 및 권취롤(17)을 구비한다.
상기 공급롤(11)은 플라스틱 필름이 감겨있으며 상기 플라스틱 필름을 연속적으로 공급한다. 상기 히터(12)는 상기 공급롤(11)로부터 공급되는 상기 플라스틱 필름 내부에 잔류하는 가스 및 수분을 방출하기 위해 상기 플라스틱 필름 표면을 가열한다.
본 발명에서는 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 200℃ 이상으로 가열함으로써 보다 효과적으로 플라스틱 필름 내부에 잔류하는 가스 및 수분을 방출시킬 수 있다.
상기 냉각장치(13)는 가열된 상기 플라스틱 필름을 냉각한다. 이때 상기 플라스틱 필름의 표면온도는 ITO 박막증착 공정이 진행되는 온도인 80℃ 내지 120℃ 정도로 냉각되어 상기 플라스틱 필름 내부에 잔류하는 수분을 응축시켜 제거하게 된다.
상기 플라즈마 처리기(14)는 상기 플라스틱 필름의 표면 개질을 위해 플라즈마 처리를 수행한다. 상기 플라즈마 처리기(14)는 음극에서 발생한 전자가 양극을 향해서 가속될때 채널 내부 및 외부에 감겨진 전자석에 의해 자기장이 형성되고 이렇게 형성된 자기장을 통과하는 전자는 자기장에 수직인 방향으로 원운동 및 나선회전운동을 하면서 양극 하단의 가스유입구에서 흘러나오는 가스를 이온화시켜 상기 플라스틱 필름의 표면 개질을 위한 플라즈마 처리를 수행한다.
상기 냉각드럼(15)은 연속적으로 공급되는 상기 플라스틱 필름을 안내하면서 ITO 박막이 증착되는 동안 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 80℃ 내지 120℃로 유 지하는 역할을 한다.
상기 스퍼터링 캐소드(16)는 상기 냉각드럼(15)에 연속적으로 공급되는 플라스틱 필름의 표면에 ITO 박막이 증착되도록 한다. 상기 권취롤(17)은 ITO 박막이 증착된 상기 플라스틱 필름을 권취하여 필요에 따라 상기 공급롤(11)에 다시 공급된다.
상기 검토한 바와 같이 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치에 의하면 ITO 박막을 증착하기 전에 플라스틱 필름의 표면 온도를 200℃ 이상으로 가열하기 위한 히터와 가열된 플라스틱 필름의 표면 온도를 ITO 박막 증착 공정이 용이한 80℃ 내지 120℃로 냉각하기 위한 냉각장치(13)를 구비함으로써 플라스틱 필름에 잔류하는 가스 및 수분을 효율적으로 제거하고 균일한 ITO 박막을 증착할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치의 냉각장치를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 냉각장치에서 수분이 흡착 되도록 배치된 냉각배플(baffle)을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치의 냉각장치는 다수의 냉각배플(22)을 구비하고 있다.
히터(12)에서 가열된 플라스틱 필름은 냉각장치(13)를 통과하면서 그 표면온도가 80℃ 내지 120℃로 냉각된다. 따라서 플라스틱 필름에 잔류하는 수분은 상기 냉각장치에 구비되어 있는 다수의 냉각배플(22)에 흡착되어 응축된다. 즉 상기 냉각장치(13)는 플라스틱 필름에 잔류하는 수분을 응축시키는 작용 및 플라스틱 필름의 표면 온도를 하강시키는 역할을 한다.
본 발명에서는 다수의 냉각배플(22)을 포함하는 냉각장치(13)를 구비하여 플라스틱 필름에 잔류하는 수분을 다량으로 응축시킴으로써 균일한 ITO 박막을 증착을 위해 종래에 4회 이상 소요되던 증착 공정의 반복횟수를 2회 이하로 줄일 수 잇고, 이를 통해 전체적인 공정을 단순화하고 공정 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착방법의 흐름도이다.
도 4를 참고하면 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착방법은, (a)공급롤에 감겨있는 플라스틱 필름을 공급하는 플라스틱 필름 공급단계(S410), (b)상기 플라스틱 필름 내부의 잔류가스 및 수분을 방출하기 위해 상기 플라스틱 필름을 가열하는 플라스틱 필름 가열단계(S420), (c)상기 플라스틱 필름 내부에 잔존하는 수분을 방출하고 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 ITO 박막의 증착 공정온도로 하강시키는 플라스틱 필름 냉각단계(S430), (d)플라즈마를 이용하여 상기 플라스틱 필름의 표면을 처리하는 플라즈마처리단계(S440), (e)상기 ITO 박막의 증착 공정온도를 유지하면서 상기 플라스틱 필름 위에 ITO 박막을 증착하는 ITO 박막증착단계(S450) 및 (f)ITO 박막이 증착된 상기 플라스틱 필름을 권취하는 플라스틱 필름 권취단계(S460)를 구비한다.
이때 상기 플라스틱 필름 가열단계(S420)에서는 플라스틱 필름의 표면온도를 200℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 또한 상기 플라스틱 필름 냉각단계(S430)에서는 플라스틱 필름의 표면온도를 80℃ 내지 120℃로 냉각하는 것이 바람직하다.
또한 상기 플라스틱 필름 냉각단계(S430)에서 냉각 배플을 구비한 냉각장치를 통해 대량의 수분을 응축시키는 경우에는 상기 플라스틱 필름 공급단계(S410) 내지 플라스틱 필름 권취단계(S460)의 반복횟수를 2회 이하로 줄일수 있다.
상기 플라즈마처리단계(S440)에서는 아르곤(Ar), 산소(O2), 질소(N2) 중에서 선택된 하나 이상의 가스를 이용하여 플라스틱 필름의 표면을 처리한다. 특히 아르곤(Ar) 이온에 산소(O2) 이온을 조사한 경우 또는 N2O의 이온빔을 사용하는 경우에는 산소(O2) 이온 만을 사용하는 경우보다 질량이 커서 플라스틱 필름 표면의 고분자 사슬을 좀더 효과적으로 분리할 수 있고 이렇게 분리되 고분자 사슬들이 N, O 등의 원자들과 결합하여 친수성기를 형성함으로써 플라스틱 표면 개질에 더 효과적으로 작용하게 된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착장치의 냉각장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 냉각장치에서 수분이 흡착 되도록 배치된 냉각배플을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 진공 롤투롤 증착방법의 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
11 : 공급롤 12 : 히터
13 : 냉각장치 14 : 플라즈마 처리기
15 : 냉각드럼 16 : 스퍼터링 캐소드
17 : 권취롤 21 : 냉각라인
22 : 냉각배플 23 : 플라스틱 필름
24 : 수분
Claims (7)
- 감겨있는 플라스틱 필름을 연속적으로 공급하기위한 공급롤;상기 공급롤로부터 공급되는 상기 플라스틱 필름 내부에 잔류하는 가스 및 수분을 방출하기 위해 상기 플라스틱 필름을 가열하기 위한 히터;가열된 상기 플라스틱 필름을 냉각하기 위한 냉각장치;상기 플라스틱 필름의 표면 개질을 위해 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리기;ITO 박막이 증착되는 동안 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 냉각시키기 위한 냉각드럼;상기 플라스틱 필름의 표면에 ITO 박막을 증착하기 위한 스퍼터링 캐소드; 및상기 ITO 박막이 증착된 상기 플라스틱 필름을 감기 위한 권취롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착장치.
- 제1항에 있어서, 상기 냉각장치는상기 가열된 플라스틱 필름에 잔류하는 수분이 흡착되어 응축되도록 배치된 적어도 하나의 냉각배플을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착장치.
- (a)공급롤에 감겨있는 플라스틱 필름을 공급하는 플라스틱 필름 공급단계;(b)상기 플라스틱 필름 내부의 잔류가스 및 수분을 방출하기 위해 상기 플라스틱 필름을 가열하는 플라스틱 필름 가열단계;(c)상기 플라스틱 필름 내부에 잔존하는 수분을 방출하고 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 ITO 박막의 증착 공정온도로 하강시키는 플라스틱 필름 냉각단계;(d)플라즈마를 이용하여 상기 플라스틱 필름의 표면을 처리하는 플라즈마처리단계;(e)상기 ITO 박막의 증착 공정온도를 유지하면서 상기 플라스틱 필름 위에 ITO 박막을 증착하는 ITO 박막증착단계; 및(f)ITO 박막이 증착된 상기 플라스틱 필름을 권취하는 플라스틱 필름 권취단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착방법.
- 제3항에 있어서,상기 (a)단계 내지 (f)단계를 2회 반복하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 (b)단계는 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 200℃ 내지 230℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 (c)단계는 상기 플라스틱 필름의 표면온도를 80℃ 내지 120℃로 냉각하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 (d)단계는 아르곤(Ar), 산소(O2), 질소(N2) 중에서 선택된 하나 이상의 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 진공 롤투롤 증착방법.
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