KR20100092794A - 투명 도전성 적층체의 제조 장치 및 이를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법 - Google Patents

투명 도전성 적층체의 제조 장치 및 이를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 투명 도전성 적층체의 제조 공정에서 개스(gas)류의 재흡착에 의한 품질의 저하를 예방할 수 있고, 동시에 고분자 필름의 열변형을 최소화 하는 투명 도전성 적층체의 제조 장치 및 이 장치를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 유전체 박막과 도전성 박막을 형성할 고분자 필름을 공급하는 공급롤 챔버; 공급롤 챔버에서 공급된 고분자 필름을 히팅하여 습기를 제거하고 고분자 필름의 탈개싱 작업을 수행하는 곳으로, 고분자 필름에 열을 가하는 히팅 어셈블리와, 상기 히팅 어셈블리와 이격되어 배치되고 고분자 필름으로부터 증발된 습기를 제거하는 급속 냉각 유닛이 설치된 제1챔버; 스퍼터링에 의해 고분자 필름 상에 유전체 박막을 형성하는 제2챔버; 스퍼터링에 의해 도전성 박막을 상기 유전체 박막 상에 형성하는 제3챔버; 및 완성된 투명 도전성 적층체를 감아서 회수하는 회수롤 챔버를 포함하고, 상기 5개의 챔버들은 모두 서로 연통되어 공급롤로부터 회수롤까지 연속적으로 고분자 필름이 공급되며, 상기 챔버들 중의 하나 이상에 진공 펌프가 설치되어 내부를 진공으로 유지하는 투명 도전성 적층체 제조 장치를 제공한다.
투명 도전성 적층체, 스퍼터링, ITO

Description

투명 도전성 적층체의 제조 장치 및 이를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법{Apparatus of manufacturing transparent conductive laminate, and method of manufacturing the same}
본 발명은 투명 도전성 적층체(transparent conductive laminate)의 제조 장치 및 이를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막의 균일성, 낮은 비저항, 높은 광투과율 등을 갖도록 품질을 향상시킬 수 있는 투명 도전성 적층체의 제조 장치 및 이를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법에 관한 것이다.
투명 도전성 적층체란, 각종 디스플레이 장치나 터치 패널 등에 있어서의 투명 전극으로 기능하거나 대전 방지, 전자파 차단 등의 기능을 수행하는데 사용되는 부재이다.
투명 도전성 적층체의 구성은 대체로 고분자 필름과, 상기 고분자 필름의 일측에 일체로 도전성 박막을 포함한다.
이러한 구성을 가지는 투명 도전성 적층체를 제조하는 과정의 일례가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
도 1에는 종래에 고분자 필름에 ITO 박막을 형성하는 공정을 보여주는 도면이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 고분자 필름을 드라이 챔버에서 탈개스 공정을 거쳐 증착 챔버에 장착한다. 증착 챔버에서 유전체 박막을 형성하고, 이를 세정한 후, 도전성 박막으로 ITO 박막을 형성하는 직류(DC) 스퍼터링을 수행한다. 그 다음 롤에 필름 형태로 장착된 투명 도전성 적층체를 탈착하여 공정을 마무리 한다. 이러한 제조 공정에서 초기에 드라이 챔버를 거쳤다고 하여도 투명 도전성 박막을 형성하기 위하여 진공 해제(venting) 과정을 거치는 동안 대기 중의 수분 및 개스(gas)류에 의하여 고분자 필름에 재흡착되어 투명 도전성 박막의 품위 저하의 요인으로 작용한다.
도 1과 같은 공정을 거친 투명 도전성 적층체의 품위를 향상시키기 위해 실리카 박막을 형성하는 방법이 강구되었다.
도 2에는 종래에 고분자 필름에 실리카 박막과 ITO 박막을 형성하는 공정을 보여주는 도면이 개략적으로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 고분자 필름을 드라이 챔버에서 탈개스 공정을 거치도록 한다. 그 다음, 진공을 해제하고 증착 챔버에 장착하고, 이를 세정한 후, 교류(RF) 스퍼터링으로 실리카 박막을 형성한다. 그 다음, 진공을 해제하고 증착 챔버에 장착한 후 이를 세정한 후, 직류 스퍼터링을 실시하여 ITO 박막을 형성하고 진공을 해제한 후 롤 형태의 필름을 탈착하여 공정을 마무리한다.
이 과정에서도 드라이 챔버와 실리카 박막을 형성하는 증착 챔버 사이, 또는 실리카 박막을 형성하는 증착 챔버와 ITO 박막을 형성하는 증착 챔버 사이에서 진공이 해제되기 때문에 대기에 노출될 수 있는데, 대기에 노출되면 대기 중의 개스류가 흡착하여 투명도가 저하되는 등 품위가 저하되는 문제가 여전히 발생한다.
본 발명은 상기한 문제점을 포함한 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 투명 도전성 적층체의 제조 공정에서 개스류의 재흡착에 의한 품질의 저하를 예방할 수 있고, 고분자 필름에서 방출되는 개스류와 투명 도전성 박막과의 화학적 반응을 최소화 할 수 있는 배리어(barrier)층을 형성하여 우수한 전기 전도도와 광 투과도를 갖는 투명 도전성 박막을 형성함과 동시에, 고분자 필름의 변형(열적 손상)을 최소화 하는 투명 도전성 적층체의 제조 장치 및 이 장치를 이용한 투명 도전성 적층체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은,
고분자 필름이 감긴 공급롤이 배치되는 곳으로, 유전체 박막과 도전성 박막을 형성할 고분자 필름을 공급하는 공급롤 챔버;
공급롤 챔버에서 공급된 고분자 필름을 히팅하여 습기를 제거하고 고분자 필름의 탈개싱 작업을 수행하는 곳으로, 고분자 필름에 열을 가하는 히팅 어셈블리와, 상기 히팅 어셈블리와 이격되어 배치되고 고분자 필름으로부터 증발된 습기를 제거하는 급속 냉각 유닛이 설치된 제1챔버;
이온 빔 스퍼터링 또는 저주파 스퍼터링에 의해 고분자 필름 상에 유전체 박막을 형성하는 제2챔버;
DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 도전성 박막을 상기 유전체 박막 상에 형성하는 제3챔버; 및
유전체 박막과 도전성 박막의 성막이 완성된 고분자 필름이 감기는 회수롤이 배치되어 완성된 투명 도전성 적층체를 감아서 회수하는 회수롤 챔버를 포함하고,
상기 5개의 챔버들은 모두 서로 연통되어 공급롤로부터 회수롤까지 연속적으로 고분자 필름이 공급되며,
상기 5개의 챔버들 중의 하나 이상에 진공 펌프가 설치되어 내부를 진공으로 유지하는 투명 도전성 적층체 제조 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 히팅 어셈블리는,
복수 개의 이격되어 배치된 발열체; 및
상기 발열체의 이격된 간격 사이로 고분자 필름이 통과하도록 고분자 필름의 통과 경로를 가이드 하는 복수 개의 가이드 롤을 포함하고,
상기 가이드 롤에 의해 고분자 필름이 동일한 발열체에 의해 발열체의 일면과 그 반대 면에서 두 번 가열되도록 고분자 필름이 가이드 되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 5개의 챔버 중 공급롤 챔버, 제1챔버 및 회수롤 챔버에는 급속 냉각 유닛이 설치되어 제습 기능을 수행하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2챔버의 입구 측에는 제1미들챔버가 형성되어 있고 이 제1미들챔버 내에는 세정 유닛이 설치되어 유전체 박막을 형성하기 전에 고분자 필름의 표면을 세정하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2챔버 내에는 고분자 필름이 이송되는 제1드럼이 설치되고, 상기 제1드럼에는 상기 고분자 필름의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛이 배치되며,
상기 제1드럼의 일측에서는 상대적으로 고굴절률을 가지는 제1유전체 박막을 형성하고,
상기 제1드럼의 타측에서는 상대적으로 저굴절률을 가지는 제2유전체 박막을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2챔버의 출구 또는 제3챔버의 입구 측에는 유전체 박막이 형성된 고분자 필름의 광 투과율을 측정하는 광 투과율 측정 유닛이 배치되어 연속적으로 이송되는 고분자 필름의 유전체 박막 형성 품질을 측정하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제3챔버 내에는 고분자 필름이 이송되는 제2드럼이 설치되고, 상기 제2드럼에는 상기 고분자 필름의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛이 배치되며,
상기 제2드럼의 둘레에는 타깃을 포함하는 캐소드들이 설치되어 ITO 박막을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제3챔버의 출구 측에는 도전성 박막이 형성된 고분자 필름의 비저항을 측정하는 비저항 측정 유닛이 배치되어 연속적으로 이송되는 고분자 필름의 도전성 박막 형성 품질을 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은,
외기의 유입이 차단되고 상호 연통된 복수의 챔버들 내에서 연속적으로 고분자 필름에 유전체 박막과 도전성 박막을 차례로 형성하여 투명 도전성 적층체를 제조하는 방법으로서,
공급롤로부터 공급되는 고분자 필름을 가열하여 수분을 제거하는 단계;
수분이 제거된 고분자 필름을 세정하는 단계;
세정된 고분자 필름에 고굴절률을 가지는 제1유전체 박막을 형성하는 단계;
상기 제1유전체 박막 상에 저굴절률을 가지는 제2유전체 박막을 형성하는 단계;
제2유전체 박막이 형성된 고분자 필름의 광 투과율을 측정하여 광 투과 품질을 검사하는 단계;
상기 제2유전체 박막 상에 ITO로 이루어진 도전성 박막을 형성하는 단계;
도전성 박막이 형성되어 완성된 투명 도전성 적층체를 회수롤에 감아서 회수하는 단계를 포함하는 투명 도전성 적층체 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 도전성 박막이 형성된 투명 도전성 적층체를 회수롤에 감기 전에 비저항을 측정하여 비저항 품질을 검사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 투명 도전성 적층체의 제조 장치에 의하면, 다층 구조의 투명 도전성 산화막이 형성된 박막을 롤투롤(roll to roll) 방식을 이용하여, 초기에 공급롤로부터 로딩된 고분자 필름이 스퍼터링 작업이 수행되는 챔버와 일체로 연통된 제1챔버를 거치면서 히팅되어 수분이 제거될 수 있다. 따라서 기존의 제조 장치에 서 별도의 장치로 설치된 드라이 챔버에서 탈개싱된 고분자 필름이, 다시 별도의 장치로 설치된 스퍼터링 장치에 장착되는 과정에서 대기 중 노출에 의한 개스류의 재흡착이 발생하는 것을 미연에 예방할 수 있다.
또한, 공급롤로부터 공급되어 회수롤에서 회수될 때까지 연속적으로 제조가 가능함으로써, 시스템적으로 고분자 필름의 안정성이 확보된 상태에서 박막의 균일성, 비저항 등의 품질이 월등히 향상된 박막을 제조할 수 있다.
또한, 제2챔버에서 제1유전체 박막을 무기산화물 또는 무기물과 유기물의 혼합물의 박막으로 형성함으로써 투과율이 향상된 고품위의 박막을 제조할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3에는 본 발명에 따른 투명 도전성 적층체 제조 장치의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 투명 도전성 적층체 제조 장치의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 투명 도전성 적층체 제조 장치(100)는, 공급롤 챔버(10), 제1챔버(20), 제2챔버(30), 제3챔버(40) 및 회수롤 챔버(50)를 포함한다. 각각의 챔버는 서로 연결되어 고분자 필름이 순차적으로 통과하며, 전체적으로 외기의 유입이 제한된 상태에서 진공 펌프가 하나 이상 또는 모든 챔버에 설치되어 운영된다.
상기 공급롤 챔버(10)는 고분자 필름이 감긴 공급롤(11)이 배치되는 곳으로, 본 발명의 장치에서 유전체 박막과 도전성 박막을 형성할 고분자 필름을 공급하는 기능을 한다. 공급롤 챔버(10)에는 급속 냉각 유닛(12)이 설치되어 챔버 내의 습기를 제거하는 기능을 한다.
상기 제1챔버(20)는 공급롤 챔버(10)에서 공급된 고분자 필름을 히팅하여 습기를 제거하고 고분자 필름의 탈개싱(de-gassing) 기능을 하는 곳으로, 고분자 필름에 열을 가하는 히팅 어셈블리(21)와, 상기 히팅 어셈블리(21)와 이격되어 배치되고 고분자 필름으로부터 증발된 습기를 제거하는 급속 냉각 유닛(12)이 설치되어 있다. 상기 히팅 어셈블리(21)의 온도는 20℃ 내지 200℃의 범위에서 제어된다.
히팅 어셈블리(21)는 복수 개의 가이드 롤(21b)을 상하 방향으로 이격되도록 설치하고 이 가이드 롤들을 따라 고분자 필름이 이송되도록 한다. 고분자 필름이 이송되는 경로에는 발열체(21a)가 설치되어 고분자 필름의 수분을 증발시킨다. 보다 구체적으로 도면에 도시된 히팅 어셈블리(21)의 구성을 설명하면, 히팅 어셈블리(21)는 복수 개(도면에는 3개)의 이격되어 배치된 발열체(21a)와, 상기 발열체(21a)의 이격된 간격 사이로 고분자 필름이 통과하도록 고분자 필름의 통과 경로를 가이드 하는 복수 개의 가이드 롤(21b)을 포함한다. 그리고 상기 가이드 롤(21b)에 의해 고분자 필름이 동일한 발열체(21a)에 의해 발열체(21a)의 일면과 그 반대 면에서 두 번 가열되도록 고분자 필름이 가이드 된다. 도면은 측단면도이기 때문에 발열체(21a)나 필름의 폭이 도시되어 있지는 않지만 필름과 발열체(21a) 모두 도면의 깊이 방향으로도 연장된 형태이다. 물론 발열체(21a)는 판상으로 이 루어질 수도 있고, 열선이 평면을 이루면서 구불구불하게 배열된 형태일 수도 있다.
히팅 어셈블리(21)에서 가열되어 증발된 고분자 필름 상의 수분은 제1챔버(20)의 상부 또는 하부에 설치된 급속 냉각 유닛(12)을 통해 급속히 냉각되면서 제거된다(제습). 상기 제1챔버(20)를 통과한 고분자 필름은 제2챔버(30)로 이송된다.
상기 제2챔버(30)는 고분자 필름 상에 유전체 박막을 형성하는 기능을 한다. 유전체 박막의 성막에는 이온 빔 스퍼터링 또는 저주파 스퍼터링(medium frequency sputtering) 방식이 사용된다. 도면에는 이러한 스퍼터링 작업을 위한 캐소드만이 도시되어 있고, 반응 개스 공급용 배관이나 캐소드 상의 타깃 등은 생략되어 있다.
상기 제2챔버(30)의 입구 측에는 제1미들챔버(30a)가 형성되어 있고 이 제1미들챔버 (30a)내에는 세정 유닛(31)이 설치되어 고분자 필름의 표면을 세정한다. 세정 유닛(31)은 예를 들어 DC 플라즈마 이온 빔(DC plasma ion beam)을 이용하여 고분자 필름을 세정할 수 있다.
세정된 고분자 필름은 제1드럼(35)을 따라 이송되면서 제1유전체 박막 형성용 캐소드(32)에 의해 TiO2, Nb2O5, ZrO2ZnO, In2O3, 또는 SnO2 중에서 선택된 하나 이상의 소재로 증착된다. 그 다음, 제2유전체 박막 형성용 캐소드(33)에 의해 NaF, Na3AlF6, LiF, MgF2, SiO2, CeF3 또는 Al2O3 중에서 선택된 하나 이상의 소재로 증착된다. 제1유전체 박막은 위의 소재로 형성되면 2.0 내지 2.5 범위의 상대적으로 고굴절률을 가지게 되고, 제2유전체 박막은 위의 소재로 형성되면 1.3 내지 1.7의 상대적으로 저굴절률을 가지게 된다. 굴절률이 이와 같은 차이를 가지는 경우 광반사를 감소시켜 광 투과율을 향상시킬 수 있다.
한편, 증착 작업 중의 고분자 필름의 온도가 증착 품질에 영향을 미치므로 상기 제1드럼(35)에는 별도의 온도 제어 유닛(도시하지 않음)이 설치된다. 이 온도 제어 유닛에 의해 제1드럼(35)의 온도는 -40℃ 내지 200℃의 범위에서 제어된다.
유전체 박막은 고분자 필름에서 방출되는 개스류(H2O, 수소, 탄소, 질소, 일산화탄소, 산소 등)가 도전성 박막에 재흡착하는 것을 방지하는 개스 배리어층으로 기능할 수 있다. 이러한 배리어층으로서의 유전체 박막은 제조 공정은 물론 보관 중에도 발생할 수 있는 고분자 필름 방출 개스의 재흡착을 방지하게 된다.
TiO2 및 SiO2가 증착된 후에는 제2챔버(30)의 출구 측에 형성된 제2미들챔버(30b)에서 광 투과율 측정 유닛(34)을 통과하면서 유전체 박막의 형성 공정의 품질을 체크하는 과정을 거친다. 측정 결과 광 투과율이 품질 기준에 못 미치는 경우, 연속적인 적층체 제조를 중단하고 원인을 파악한 후 다시 작업이 진행되도록 할 수 있다. 또는 품질이 좋지 않은 구간을 장치에 부설되는 기억 장치에 저장하여 두었다가 하나의 공급롤 및 회수롤에 대응하는 작업을 완료한 후 후가공에서 선별적으로 제거할 수도 있다.
광 투과율 측정 유닛(34)을 통과한 고분자 필름은 제3챔버(40)로 이송된다. 설치된 캐소드들 사이에는 증착 방식에 따라 격벽이 설치될 수도 있다. 한편, 상기 제2챔버(30)의 출구 측에 형성된 제2미들챔버(30b)에 광 투과율 측정 유닛(34)이 설치된 것으로 설명하였는데, 광 투과율 측정 유닛(34)의 설치 위치는 이에 한정되지 않고 제3챔버(40)의 입구 측의 제3미들챔버(40a)에 설치될 수도 있다.
상기 제3챔버(40)는 고분자 필름의 유전체 박막 상에 도전성 박막을 형성하는 기능을 한다. 유전체 박막 상에 투명 도전성 박막을 형성하면 높은 전기 전도도와 광 투과율을 가짐과 동시에 별도의 연마공정 없이 양호한 표면조도를 갖는 투명 도전성 박막을 형성할 수 있다.
제3챔버(40)에서는 제2드럼(45)을 따라 고분자 필름이 이송되고 이 제2드럼(45)의 주변에 설치된 복수 개의 도전성 박막 형성용 캐소드(41, 42)들을 이용하여 도전성 박막을 형성한다. 한편, 증착 작업 중의 고분자 필름의 온도가 증착 품질에 영향을 미치므로 상기 제2드럼(45)에도 제1드럼(35)과 마찬가지로 별도의 온도 제어 유닛(도시하지 않음)이 설치된다. 이 온도 제어 유닛에 의해 제2드럼(45)의 온도는 -40℃ 내지 200℃의 범위에서 제어된다.
도전성 박막의 형성이 완료된 고분자 필름은 제3챔버(40) 출구 측에 설치된 제4미들챔버(40b)의 비저항 측정 유닛(43)을 통과하여 비저항을 측정하고 회수롤 챔버(50)로 이송된다.
상기 회수롤 챔버(50)에는 회수롤(51)과 급속 냉각 유닛(12)이 설치되어, 회수롤(51)에서 완성된 투명 도전성 적층체를 감아서 회수하고, 이 과정에서 급속 냉 각 유닛(12)이 습기를 제습하여 고분자 필름 및 그 위에 형성된 박막들에 재흡착되는 것을 방지한다.
본 발명에서 사용되는 고분자 필름은 PET(polyethylen terephthalate), PES(polyether sulfone), PC(polycarbonate), PI(polyimide) 등일 수 있고, 도전성 박막은 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO, SnO 등일 수 있다. 이중에서 ITO는 In(인듐)과 O(산소)를 기본 구성원소로서 Sn(주석)을 도너로 첨가한 것으로 상용화된 도전성막 중 가장 널리 사용된다. 이 ITO 박막의 형성 방법은 화학적 성막법(스프레이법, CVD법, Wet Dipping법)과 물리적 성막법 (진공증착법, 스퍼터링법)이 주를 이룬다. 이 박막 형성 방법 중, 스퍼터링법이 비교적 낮은 비저항 값의 박막을 얻을 수 있을 뿐 아니라 대면적의 기판에서 균일한 막두께의 ITO 투명 도전막을 형성할 수 있다는 점에서 기타의 성막법보다 더 바람직한 방식이기 때문에 본 발명에서는 다른 성막법이 아닌 스퍼터링을 선택하였다.
스퍼터링은 스퍼터링 가스를 진공분위기로 이루어진 챔버 내로 주입하여 성막하고자 하는 타깃 물질과 충돌시켜 플라즈마를 생성시킨 후 이를 기판(substrate)(본 발명에서는 고분자 필름)에 코팅시키는 방법이라고 할 수 있다. 일반적으로 사용되는 스퍼터링 가스는 불활성 가스(inert gas)인 Ar을 사용한다. 스퍼터링 장치의 시스템은 타깃 쪽을 음극(cathode)으로 하고 기판(고분자 필름)쪽을 양극(anode)으로 한다. 전원을 인가하면 주입된 스퍼터링 가스(Ar)는 음극 쪽에서 방출된 전자와 충돌하여 여기(exite)되어 Ar+로 되고 이 여기된 가스는 음극인 타깃 쪽으로 끌려서 타깃과 충돌한다. 이때 여기된 가스 하나하나는 hυ만큼의 에너지를 지고 있고 충돌 시의 에너지는 타깃 쪽으로 전이 되며, 이때 타깃을 이루고 있는 원소의 결합력과 전자의 일함수(work function)를 극복할 수 있을 때 플라즈마가 방출된다. 발생한 플라즈마는 전자의 자유행정거리만큼 부상하고 타깃과 기판(고분자 필름)과의 거리가 자유행정거리 이하일 때 플라즈마는 성막 된다. 따라서 스퍼터링 시 기판과 타깃과의 거리는 매우 중요하다. 그리고 여기서 인가된 전원이 직류(direct current, DC)일 경우를 직류 스퍼터링(DC sputtering)이라 하며 일반적으로 전도체의 스퍼터링에 사용된다. 절연체와 같은 부도체는 교류 전원을 사용하여 박막을 제조한다. 이때 교류전원은 13.56 ㎒의 주파수를 가지며 이를 RF(Radio Frequency)라 한다. 이러한 교류 전원을 인가전원으로 사용하는 스퍼터링을 교류 스퍼터링(RF sputtering)이라 한다. RF 스퍼터링법은 다른 디지털 회로에 노이즈의 발생 원인이 될 수 있으므로 시스템적으로 노이즈 필터나 절연체에 의한 차폐와 접지가 중요하다.
마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)이란 발생된 플라즈마를 영구자석에서 발생하는 자속(flux)에 의해 집진하여 기판에 성막 시키는 방법이다. 이러한 집진이 이루어질 경우 전체가 발생한 플라즈마는 균일하게 되어 결과적으로 균일한 박막을 제조할 수 있다. 영구자석은 NbFeB계가 주로 사용되며 과거에는 링(ring)형태를 여러 개 합하여 제조하였지만 현재는 평판(planar) 형태로 제작한다. 마그네트론은 타깃 밑에 위치하며 인가된 전원에 따라 RF 또는 DC 마그네트론 스퍼터링이라 한다.
따라서 스퍼터링 방식 중에서는 본 발명에서는 DC 마그네트론 스퍼터링, 이 온 빔 스퍼터링, RF 스퍼터링, 저주파 스퍼터링 또는 이 스퍼터링 방식들의 조합을 사용할 수 있는데, 도전성 박막의 증착에는 DC 마그네트론 스퍼터링이 사용되는 것이 균일한 성막을 위해 바람직하다.
스퍼터링법에서는 일반적으로 ITO 투명 도전성 박막의 비저항에 영향을 주는 요소로서 유연한 필름기재(PET 등)의 탈개스 정도, 기판(substrate)온도, 산소 분압 등이 있으며, 유연한 필름 기재를 사용하여 투명 도전성 박막을 제작 시 기판 온도 상승에 따른 필름기재의 열적 손상(thermal damage)을 수반할 수 있다. 기판 온도가 높아지면, 일반적으로 막의 비저항은 낮아지며, 낮은 산소분압의 분위기에서 제작된 박막 중에는 산소 공동(cavity)이 많아질 수 있다. 산소 공동이 많은 막은 캐리어 밀도는 높지만 캐리어의 이동도는 낮다. 반대로, 높은 산소분압의 분위기에서 제작된 박막 중에는 산소 공동이 적기 때문에 캐리어 밀도는 낮지만 이동도는 높아진다. 비저항은 캐리어 밀도와 이동도의 곱의 역수로 나타나기 때문에 캐리어 밀도와 이동도의 균형에 의해 비저항이 최소로 되는 산소분압이 존재한다.
유연한 필름기재의 탈개스가 불충분하게 이루어지게 되면, 투명도전성 박막 형성 시 및 후열처리 시 발생되는 ITO박막과 탈개스의 영향으로 비저항이 상승하게 된다. 따라서 이러한 유연한 필름기재 및 그 필름기재의 하드코팅 층에서 발생하는 탈개스의 영향을 최소화하기 위하여, 본 발명에서는 ITO 성막 공정을 수행하는 제3챔버에 앞서 별도로 제1챔버에서 히터 어셈블리와 급속 냉각 유닛을 구비하여 고분자 필름 기재의 탈개싱 작업을 실시한다.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래에 고분자 필름에 ITO 박막을 형성하는 공정을 보여주는 도면.
도 2는 종래에 고분자 필름에 실리카 박막과 ITO 박막을 형성하는 공정을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 투명 도전성 적층체 제조 장치의 구성을 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 공급롤 챔버 11: 공급롤
12; 급속 냉각 유닛 20: 제1챔버
21: 히팅 어셈블리 21a: 발열체
21b: 가이드 롤 30: 제2챔버
30a: 제1미들챔버 30b: 제2미들챔버
31: 세정 유닛 32: 제1유전체 박막 형성용 캐소드
33: 제2유전체 박막 형성용 캐소드 34: 광 투과율 측정 유닛
35: 제1드럼 40: 제3챔버
40a: 제3미들챔버 40b: 제4미들챔버
41, 42: 도전성 박막 형성용 캐소드 43: 비저항 측정 유닛
50: 회수롤 챔버 51: 회수롤
100: 투명 도전성 적층체 제조 장치

Claims (10)

  1. 고분자 필름이 감긴 공급롤이 배치되는 곳으로, 유전체 박막과 도전성 박막을 형성할 고분자 필름을 공급하는 공급롤 챔버;
    공급롤 챔버에서 공급된 고분자 필름을 히팅하여 습기를 제거하고 고분자 필름의 탈개싱 작업을 수행하는 곳으로, 고분자 필름에 열을 가하는 히팅 어셈블리와, 상기 히팅 어셈블리와 이격되어 배치되고 고분자 필름으로부터 증발된 습기를 제거하는 급속 냉각 유닛이 설치된 제1챔버;
    이온 빔 스퍼터링 또는 저주파 스퍼터링에 의해 고분자 필름 상에 유전체 박막을 형성하는 제2챔버;
    DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 도전성 박막을 상기 유전체 박막 상에 형성하는 제3챔버; 및
    유전체 박막과 도전성 박막의 성막이 완성된 고분자 필름이 감기는 회수롤이 배치되어 완성된 투명 도전성 적층체를 감아서 회수하는 회수롤 챔버를 포함하고,
    상기 5개의 챔버들은 모두 서로 연통되어 공급롤로부터 회수롤까지 연속적으로 고분자 필름이 공급되며,
    상기 5개의 챔버들 중의 하나 이상에 진공 펌프가 설치되어 내부를 진공으로 유지하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히팅 어셈블리는,
    복수 개의 이격되어 배치된 발열체;
    상기 발열체의 이격된 간격 사이로 고분자 필름이 통과하도록 고분자 필름의 통과 경로를 가이드 하는 복수 개의 가이드 롤을 포함하고,
    상기 가이드 롤에 의해 고분자 필름이 동일한 발열체에 의해 발열체의 일면과 그 반대 면에서 두 번 가열되도록 고분자 필름이 가이드 되는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 5개의 챔버 중 공급롤 챔버, 제1챔버 및 회수롤 챔버에는 급속 냉각 유닛이 설치되어 제습 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2챔버의 입구 측에는 제1미들챔버가 형성되어 있고 이 제1미들챔버 내에는 세정 유닛이 설치되어 유전체 박막을 형성하기 전에 고분자 필름의 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2챔버 내에는 고분자 필름이 이송되는 제1드럼이 설치되고, 상기 제1드럼에는 상기 고분자 필름의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛이 배치되며,
    상기 제1드럼의 일측에서는 굴절률 2.0 내지 2.5 범위 내의 값을 가지는 제1유전체 박막을 형성하고,
    상기 제1드럼의 타측에서는 제1유전체 박막보다 굴절률이 낮은 제2유전체 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2챔버의 출구 또는 제3챔버의 입구 측에는 유전체 박막이 형성된 고분자 필름의 광 투과율을 측정하는 광 투과율 측정 유닛이 배치되어 연속적으로 이송되는 고분자 필름의 유전체 박막 형성 품질을 측정하는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3챔버 내에는 고분자 필름이 이송되는 제2드럼이 설치되고, 상기 제2드럼에는 상기 고분자 필름의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛이 배치되며,
    상기 제2드럼의 둘레에는 타깃을 포함하는 캐소드들이 설치되어 ITO 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3챔버의 출구 측에는 도전성 박막이 형성된 고분자 필름의 비저항을 측정하는 비저항 측정 유닛이 배치되어 연속적으로 이송되는 고분자 필름의 도전성 박막 형성 품질을 측정하는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층체 제조 장치.
  9. 외기의 유입이 차단되고 상호 연통된 복수의 챔버들 내에서 연속적으로 고분자 필름에 유전체 박막과 도전성 박막을 차례로 형성하여 투명 도전성 적층체를 제조하는 방법으로서,
    공급롤로부터 공급되는 고분자 필름을 가열하여 수분을 제거하는 단계;
    수분이 제거된 고분자 필름을 세정하는 단계;
    세정된 고분자 필름에 굴절률 2.0 내지 2.5 범위 내의 값을 가지는 제1유전체 박막을 형성하는 단계;
    상기 제1유전체 박막 상에 제1유전체 박막보다 굴절률이 낮은 제2유전체 박막을 형성하는 단계;
    제2유전체 박막이 형성된 고분자 필름의 광 투과율을 측정하여 광 투과 품질을 검사하는 단계;
    상기 제2유전체 박막 상에 ITO로 이루어진 도전성 박막을 형성하는 단계;
    도전성 박막이 형성되어 완성된 투명 도전성 적층체를 회수롤에 감아서 회수하는 단계를 포함하는 투명 도전성 적층체 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    도전성 박막이 형성된 투명 도전성 적층체를 회수롤에 감기 전에 비저항을 측정하여 비저항 품질을 검사하는 단계를 더 포함하는 투명 도전성 적층체 제조 방법.
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