KR20130006785A

KR20130006785A - 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐 및 이를 이용한 박막코팅방법

Info

Publication number: KR20130006785A
Application number: KR1020110061241A
Authority: KR
Inventors: 김홍석; 김상수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-01-18
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: KR101260414B1

Abstract

본 발명은 전기전도성 액체가 주입되도록 내경을 갖고 전압이 인가되어 전기전도성 액체의 전하가 분리되도록 형성된 모세관부, 전하가 분리된 전기전도성 액체가 유입되도록 모세관부의 일측 말단에 연결되고 내부에 빈 공간이 형성된 챔버부, 및 챔버부의 일측에 연결되어 전도성 액체를 이송하도록 형성된 슬릿노즐 및 전도성 액체가 집중되어 정전분무되도록 슬릿노즐의 출구에 구비된 스프레이 팁으로 이루어진 슬릿노즐부를 갖는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐 및 이를 이용한 박막코팅방법에 관한 것이다. 따라서 정전분무가 균일하고 안정적으로 이루어져 대면적 코팅이 가능하고 설계 및 제작도 간편하다.

Description

스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐 및 이를 이용한 박막코팅방법{Slit nozzle having a spray tip and method for thin layer coating using the same}

본 발명은 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬릿노즐의 출구에 형성된 스프레이 팁에 의해 정전분무가 균일하고 안정적으로 이루어짐으로써 대면적 코팅이 가능하고 설계 및 제작도 간편하도록 구성된 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐 및 이를 이용한 박막코팅방법에 관한 것이다.

정전분무법은 액체에 전기력을 가하여 단분산 크기분포를 가지는 액적을 만들 수 있는 분무법으로, 최근 표면코팅, 프린팅, 패터닝 등 다양한 분야에 적용하는 연구가 많이 이루어져왔다.

도 1은 정전분무의 원리를 도시한 개념도이다. 전기전도성 액체(50)가 양(positive) 고전압이 걸린 가는 모세관(10)을 통과하면 양이온과 음이온이 서로 분리되는 전하 분리현상이 일어나고 모세관(10)의 출구에서 액체(50)가 콘 모양으로 변형된다. 이때 콘 모양을 테일러 콘(51)이라고 한다. 테일러 콘(51)의 끝은 표면전단응력을 받아 매우 가는 액주(52)가 형성되고 액주(52) 끝에서 액주(52) 표면에 작용하는 표면파의 교란에 의해 액적(53)으로 깨지게 되는데 이를 콘젯모드라고 한다.

이렇게 정전분무에 의해 발생된 액적(53)은 공간전하 효과에 의해 단분산 분포를 가지며 액적(53) 표면이 대전되어 있어 액적(53)끼리 서로 잘 결합하지 않고 제어가 용이하다는 장점이 있다. 또한 정전분무에 사용되는 노즐의 형태와 구조가 단순하여 시스템을 제작하기 용이하고 미세한 액적(53)을 생성하기 쉽다.

그러나 이러한 정전분무의 장점은 저유량에서만 나타나기 때문에 실제 정전분무가 응용되는 분야가 한정되었고 고유량이 요구되는 대면적 코팅에 적용하기 어려운 문제가 있었다.

도 2는 공지된 한국등록특허 제10-0730296호의 슬릿노즐 정전분사법을 이용한 미소박막 제조장치의 정면도이다. 공지된 미소박막 제조장치(200)는 내부에 소형슬릿으로 이루어진 용액공급라인(211)을 형성하고 금속슬릿노즐에 전원을 공급하여 금속슬릿 내부의 용액, 즉 전기전도성이 있는 액체(50)가 접지된 기판(20)에 분사됨으로써 박막코팅되도록 구성된다. 이러한 미소박막 제조장치(200)는 이론적으로는 테일러 콘(51) 및 액주(52)가 생성될 수 있으나, 실질적으로는 전하가 모이는 첨점이 존재하지 않아 안정적인 정전분무가 발생하지 않고 유량이 적은 문제점이 있었다. 따라서 박막코팅에 사용시 박막두께가 균일하게 형성되지 않고 대면적 코팅에 적용이 어려운 문제점이 있었다.

도 3은 공지된 대면적 코팅을 위한 멀티플렉스 노즐을 도시한 사시도이다. 멀티플렉스 노즐(300)은 다수의 모세관(10)을 벌집형상으로 배열하여 고유량의 정전분무를 실현함으로써 대면적 코팅에도 정전분무법을 활용하려는 시도이다. 그러나 대면적 코팅을 위해서는 균일한 정전분무가 가능해야 하는데 이러한 멀티플렉스 노즐(300)의 구성으로는 고유량의 정전분무는 가능하나 모세관(10)의 형상의 차이로 인해 균일한 정전분무는 불가능한 문제점이 있었다. 즉 모세관(10) 내경의 조절이 까다로워 동일한 내경을 갖는 모세관(10)을 다수 개 제작하기 어렵고 가격이 비싼 모세관(10)이 여러개 필요하므로 비용이 많이 소모되는 문제점이 있었다. 또한 각각의 노즐로 액체(50)를 공급하는 시린지(syringe) 펌프 역시 다수 개 필요하므로 비용이 많이 들고 멀티플렉스 노즐(300)의 구성이 복잡해지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 슬릿노즐의 출구에 스프레이 팁을 형성하여 정전분무가 균일하고 안정적으로 이루어짐으로써 대면적 코팅이 가능하고 설계 및 제작도 간편하도록 구성된 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐 및 이를 이용한 박막코팅방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 전기전도성 액체가 주입되도록 내경을 갖고 전압이 인가되어 전기전도성 액체의 전하가 분리되도록 형성된 모세관부; 전하가 분리된 전기전도성 액체가 유입되도록 모세관부의 일측 말단에 연결되고 내부에 빈 공간이 형성된 챔버부; 및 챔버부의 일측에 연결되어 전도성 액체를 이송하도록 형성된 슬릿노즐 및 전도성 액체가 집중되어 정전분무되도록 슬릿노즐의 출구에 구비된 스프레이 팁으로 이루어진 슬릿노즐부;를 갖는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐에 의해 달성될 수 있다.

그리고 스프레이 팁은 수직평면이 역삼각형 모양이다.

그리고 슬릿노즐부는 슬릿노즐이 서로 특정 간격으로 이격되어 병렬로 복수 개 정렬되고 슬릿노즐의 출구마다 하나의 스프레이 팁이 구비된다.

이때 복수의 스프레이 팁 주위에 형성되는 전기장 분포가 균일하도록 상기 슬릿노즐부의 수평방향으로 양 끝에 적어도 하나씩 설치된 더미 팁을 더 구비한다.

그리고 모세관부와 슬릿노즐부는 서로 어긋나도록 배열되어 상기 챔버부에 연결된다.

그리고 챔버부는 전도성 액체가 슬릿노즐로 균일량 이송되도록 챔버부 내부에 삽입된 분배수단을 포함한다.

이때 분배수단은 구슬형상이고 챔버부에 복수로 구비된다.

또한 분배수단은 실온에서 비전도성을 갖는 재질로 이루어진다.

또한 상기와 같은 본 발명의 목적은 모세관부에 전압이 인가되는 전원공급단계; 전기전도성 액체를 모세관부에 주입하는 액체주입단계; 슬릿노즐의 출구에 구비된 스프레이 팁에서 전기전도성 액체가 정전분무되는 정전분무단계; 및 스프레이 팁 아래에 특정간격 이격되어 이송된 작업물이 작업물의 폭 방향에 수직으로 이동하면서 박막코팅되는 코팅단계;로 이루어진 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐을 이용한 박막코팅방법에 의해 달성될 수 있다.

이때 전원공급단계는 정전분무단계에서 전도성 액체가 콘젯모드로 분무되도록 모세관부에 고전압이 인가된다.

본 발명에 따르면, 슬릿노즐의 출구에 스프레이 팁을 구비하여 첨점이 형성되므로 전기전도성 액체의 안정적인 정전분무가 이루어져 작업물에 균일한 두께로 박막코팅을 수행하는 것이 가능하다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐에 따르면 더미 팁에 의해 다수의 스프레이 팁 상호간에 전기장 분포가 균일하게 형성되므로 스프레이 팁마다 안정적이고 균일한 정전분무가 이루어진다. 또한 슬릿노즐이 병렬로 다수 개가 배열됨으로써 고유량의 정전분무가 가능하고 슬릿노즐 및 스프레이 팁이 동일간격으로 이격되어 일렬로 배열되므로 기판의 이송과 결합하여 대면적 코팅이 용이하다.

또한 단일의 모세관을 채용하면서 슬릿의 폭 조절이 쉬운 슬릿노즐을 다수개 구비하여 고유량을 달성하므로 설계 및 제작이 간편하여 대면적 코팅 비용이 절감된다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 정전분무의 원리를 도시한 개념도,
도 2는 공지된 한국등록특허 제10-730296호의 슬릿노즐 정전분사법을 이용한 미소박막 제조장치의 정면도,
도 3은 공지된 대면적 코팅을 위한 멀티플렉스 노즐을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 정면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 측면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐과 기판 사이에 형성된 전기장 분포도,
도 7은 도 6에 도시한 각 스프레이 팁에서 기판방향으로의 거리에 따른 전기장의 크기를 도시한 그래프,
도 8은 도 6에 도시한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 중앙부 주변의 전기장 분포를 기준으로 스프레이 팁의 위치에 따른 상대적인 전기장 차이도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 사용상태도,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐에서 정전분무되는 모습을 촬영한 사진,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐을 이용한 박막코팅방법의 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<기능 및 작용>

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 정면도이고 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 측면도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)은 대략 모세관부(110), 챔버부(120), 슬릿노즐부(130), 및 더미 팁(140)으로 이루어진다.

모세관부(110)는 전기전도성 액체(50)가 주입되도록 일정한 내경을 갖는 관 형상이다. 모세관부(110)에는 공지의 모세관이 채용될 수 있고 보통 모세관은 길이 1m내외이며 내경은 0.8mm 내지 2mm이다. 또한 모세관부(110)를 통과하는 전기전도성 액체(50)에 전하가 주입되어 전하분리되도록 모세관부(110)는 전원장치(30)로부터 전압이 인가되는 전극을 더 구비하며 이때 전극은 모세관의 일측에 설치된다. 또한 모세관부(110)는 전기전도성 액체(50)를 모세관부(110)로 주입하는 펌프(40)와 연결되는데 이때 펌프(40)로는 통상적으로 시린지 펌프가 사용된다.

챔버부(120)는 모세관부(110)의 일측 말단에 연결된다. 챔버부(120)는 속이 빈 직육면체 모양이며 모세관부(110)에서 전하분리된 전기전도성 액체(50)가 유입된다. 챔버부(120)는 전기전도성 액체(50)가 다수의 슬릿노즐(131) 각각에 균일량 공급되도록 분배수단을 포함하는 것이 바람직하며 분배수단은 상온에서 비전도성을 띠는 물질로 이루어진다. 예를 들어 챔버부(120)의 빈 내부 바닥에는 분배수단으로써 직경이 동일한 다수의 유리구슬(121)이 채워진다. 유리구슬(121)의 직경은 슬릿노즐(131)의 폭보다 큰 것이 바람직하다. 또한 유리구슬(121)의 직경은 챔버부(120)로 유입된 전기전도성 액체(50)가 슬릿노즐(131)마다 균일양이 공급되도록 결정된다. 예를 들어 슬릿노즐(131)의 폭이 0.5mm일 때 유리구슬(121)의 직경은 1mm이다. 이러한 유리구슬(121)은 챔버부(120) 바닥을 모두 채우며 챔버부(120) 높이의 반 이상을 채우는 것이 바람직하다.

슬릿노즐부(130)는 모세관부(110)의 수직축과 나란하지만 일치하지는 않도록 챔버부(120)의 하면에 연결된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 모세관부(110)가 챔버부(120)의 상면 우측 모서리에 가깝게 설치된 경우 슬릿노즐부(130)는 챔버부(120)의 하면 좌측 모서리에 설치된다. 이러한 슬릿노즐부(130)는 슬릿노즐(131) 및 스프레이 팁(133)을 포함한다. 슬릿노즐(131)은 도 4에 도시된 바와 같이 챔버부(120)의 하면으로부터 슬릿노즐부(130)의 하면까지 관통하여 슬릿노즐부(130)의 내부에 형성된 일직선의 홈이다. 이러한 슬릿노즐(131)은 슬릿노즐부(130)의 내부에 다수 개가 형성되며 예를 들어 병렬로 나란하게 소정간격 이격되어 10개가 배열된다. 그리고 슬릿노즐(131)의 출구에는 전기전도성 액체(50)가 테일러 콘(51)을 잘 형성하고 콘젯모드로 분무되도록 첨점 역할을 하는 스프레이 팁(133)이 설치된다. 스프레이 팁(133)은 일측이 뾰족하게 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 수직평면이 역삼각형인 금속판이다. 스프레이 팁(133)은 10개의 슬릿노즐(131) 출구에 설치되며 도 4에 도시된 바와 같이 전체의 모습이 톱니형상과 같이 연결되어 설치될 수도 있고 스프레이 팁(133) 상호간에 접점이 없이 설치될 수도 있다. 스프레이 팁(133)이 상호간에 접점이 존재하는지를 불문하고 스프레이 팁(133)에 포함되어 첨점역할을 하는 뾰족하게 형성된 부분 상호간은 일직선상에 동일간격으로 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다.

더미 팁(140)은 스프레이 팁(133)과 동일한 형상을 가지며 스프레이 팁(133)이 배열된 선에 연장하여 슬릿노즐부(130)의 양 끝단에 각각 2개씩 설치되는 것이 바람직하다. 그러나 이것은 슬릿노즐(131)이 10개 구비된 경우에 해당하며, 더미팁(140)의 개수는 해당 슬릿노즐(131)의 개수에 따라 스프레이 팁(133)간의 전기장의 세기가 균일하도록 만드는데 몇 개의 더미 팁(140)이 필요한지로 결정된다. 그리고 슬릿노즐(131)의 개수는 예를 들면 작업물인 기판(20)의 너비 및 슬릿노즐(131)간의 거리에 따라 결정된다. 더미 팁(140)의 설치이유에 대해서는 도 6 내지 도 8을 통해 알 수 있는 각 스프레이 팁(133)간의 전기장 분포 차이를 통하여 더욱 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)과 기판(20) 사이에 형성된 전기장 분포도이다. 상술한 구성으로 이루어진 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)의 아래에는 코팅할 작업대상물인 기판(20)이 놓인다. 이렇게 설치한 후 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)에 전원장치(30)를 통해 9kV를 인가하고 기판(20)은 접지하여 스프레이 팁(133)과 기판(20) 사이에 전기장이 어떻게 형성되는지 시뮬레이션한 결과를 도 6에 도시하였다.

도 6에서 x축은 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)을 정면에서 바라보았을 때 중앙부를 기준으로 그로부터의 거리를 미터(m)로 나타낸 것이고, y축은 스프레이 팁(133)의 뾰족한 부분의 높이를 기준으로 그로부터의 거리를 미터(m)로 나타낸 것이다. 오른쪽 세로축은 전기장의 크기를 볼트(V)로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 스프레이 팁(133)의 뾰족한 끝부분과 기판(20) 사이의 거리는 0.01m이며 왼쪽을 기준으로 첫번째 더미 팁(140)을 1번으로, 두번째 더미 팁(140)을 2번으로 표시하였다. 그리고 두번째 더미 팁(140) 다음에 위치한 스프레이 팁(133)을 3번으로 표시하였으며 중앙에 위치한 스프레이 팁(133)을 7번으로 표시하였다. 7번 스프레이 팁(133)의 뾰족한 끝부분은 약 9kV의 전기장 크기를 가지며 기판(20)으로 갈수록 전기장의 크기가 작아진다. 또한 도시된 바와 같이 3번부터 7번까지의 스프레이 팁(133)과 기판(20) 사이의 전기장 분포는 비교적 균일한 반면 가장 왼쪽에 위치한 1번 더미 팁(140)에서의 전기장 분포는 다른 스프레이 팁(133)에서의 전기장 분포와 확연히 다른 것을 알 수 있다. 그리고 이는 7번의 오른쪽부분에 위치한 스프레이 팁(133)들에서도 대칭적으로 같은 현상이 관찰된다. 즉 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)의 중앙부를 기준으로 10개의 스프레이 팁(133)은 기판(20)과의 사이에 상호 균일한 전기장 분포를 갖지만 양 끝의 2개씩 4개의 더미 팁(140)은 비교적 다른 전기장 분포를 갖는다.

도 7은 도 6에 도시한 각 스프레이 팁에서 기판방향으로의 거리에 따른 전기장의 크기를 도시한 그래프이다. 그래프의 x축은 각 스프레이 팁(133)의 뾰족한 끝부분을 기준으로 그로부터 기판(20)까지 수직선을 그었을 때 기판(20) 방향으로의 거리를 밀리미터(mm)로 나타낸 것이고 y축은 그 위치에서의 전기장의 크기를 볼트(V)로 나타낸 것이다. 도 7에서는 수직선을 따라 스프레이 팁(133)으로부터의 거리에 따른 전기장의 크기 변화를 잘 알 수 있다. 도시된 바와 같이 각각의 스프레이 팁(133)으로부터 기판(20)을 향하여 수직으로 3mm 떨어진 부분에서의 전기장 크기를 비교하면, 1번 및 2번 더미 팁(140)에서는 전기장의 크기가 약 5.8kV정도이나 3번부터 7번까지의 스프레이 팁(133)에서는 전기장의 크기가 약 5.5kV정도로 1번 및 2번 더미 팁(140)과 나머지 스프레이 팁(133) 간에 전기장 분포가 차이나는 것을 명확히 알 수 있다. 그리고 1번 및 2번 더미 팁(140)은 기판(20)과의 사이에서 전기장 분포가 근사한 것을 알 수 있으며, 3번부터 7번의 스프레이 팁(133) 또한 상호간에 전기장 분포가 비교적 균일한 것을 알 수 있다.

도 8은 도 6에 도시한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)의 중앙부 주변의 전기장 분포를 기준으로 더미 팁(140) 및 스프레이 팁(133)의 위치에 따른 상대적인 전기장 차이도이다. 도 8은 도 7의 결과를 더 쉽게 관찰하기 위해 도시한 그래프로 중앙부에 위치한 7번 스프레이 팁(133)으로부터 기판(20) 사이의 전기장 분포를 기준으로 1번 내지 3번으로부터 기판(20) 사이의 각 거리에서의 전기장 값의 차이를 나타내었다. 도시된 바와 같이 1번 더미 팁(140)의 전기장 값이 7번과 최대 250V까지 차이가 나며 2번 더미 팁(140)에서도 최대 25V정도 전기장 값이 차이 난다. 반면 3번 스프레이 팁(133)의 경우 7번 스프레이 팁(133)과 전기장 크기가 거의 차이나지 않는다. 또한 도시되지는 않았으나 4번 내지 6번 스프레이 팁(133)도 3번과 유사하게 전기장 크기가 거의 차이나지 않는다. 전기장 분포의 차이가 크면, 분무되는 형상 및 특징에도 차이가 발생하므로 더미 팁(140)에서는 실제로 분무는 발생하지 않도록 상술한 구성을 가진다. 즉, 더미 팁(140)은 스프레이 팁(133) 간에 균일한 전기장 분포를 형성하기 위해 스프레이 팁(133)과 동일선상에 배열되며 스프레이 팁(133)과 동일한 형상 및 재질로 이루어진다.

그리고 상술한 구성을 갖는 챔버부(120), 슬릿노즐부(130), 및 더미 팁(140)은 금속 등 상온에서 전기전도성을 띄는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며 예를 들어 스테인리스 스틸을 채용하여 제작된다. 이때 안전을 위하여 챔버부(120), 슬릿노즐부(130), 및 더미 팁(140)의 외부면은 절연처리되어야 한다. 또한 챔버부(120), 슬릿노즐부(130), 및 더미 팁(140)은 일체로 형성될 수 있다.

<사용방법>

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐의 사용상태도이다. 이하에서는 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)을 이용하여 기판(20)에 박막을 형성하는 과정을 살펴본다. 먼저 전원장치(30)를 통해 모세관부(110)에 전압을 인가한다. 이때 전기전도성 액체(50)가 콘젯모드로 분무되도록 고전압을 인가하는 것이 바람직하며 통상적으로 양의 고전압을 인가한다. 예를 들어 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)에는 +8kV 내지 +14kV의 전압이 인가된다. 그리고 코팅대상 기판(20)은 도시된 바와 같이 접지된다.

스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)에 고전압이 인가되면 전기전도성 액체(50)의 하나인 에탄올을 펌프(40)를 통해 모세관부(110) 내로 주입한다. 이때 펌프(40)는 시린지 펌프를 사용할 수 있다. 이때 에탄올의 유량은 30ml/h 내지 70ml/h이다. 주입된 에탄올은 전하가 분리되고 챔버부(120) 내부로 유입되어 다수의 유리구슬(121) 사이를 통과하면서 슬릿노즐(131) 각각에 균일하게 공급된다. 슬릿노즐(131)을 통과한 에탄올은 슬릿노즐(131)의 출구에서 전기장에 노출되고 스프레이 팁(133)의 뾰족한 끝 부분에 집중되어 테일러 콘(51)이 형성된다. 그리고 액주가 자라면서 콘젯모드가 발생하여 다수의 미소 액적(53)이 기판(20) 위에 뿌려짐으로써 기판(20)에 박막이 형성된다. 이때 스프레이 팁(133) 아래에 특정간격 이격되어 이송된 기판(20)이 슬릿노즐(131)의 배열방향에 수직으로 이동하면서 박막코팅이 이루어진다. 다수의 미소 액적(53)은 모두 동일한 전하를 띠고 있으므로 반발력에 의해 기판(20)상에 균일하게 도포된다.

이러한 방식으로 투명 전극을 비롯한 각종 표면의 코팅이 가능하며 다양한 형태의 대면적 코팅이 가능하므로 디스플레이, 태양전지 등의 투명 전극이나 그 외의 다양한 작업물에 균일한 박막 또는 필름을 표면에 형성하는 도장의 수행시에 본 발명에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)을 이용하여 표면코팅을 용이하게 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐에서 정전분무되는 모습을 촬영한 사진이다. 상단 사진과 하단 사진 모두 전기전도성 액체(50)로는 에탄올을 사용하였고 인가전압과 유량을 제외하고는 동일한 조건에서 정전분무를 실행하였다. 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)은 상술한 바와 같이 모세관부(110), 유리구슬(121)이 채워진 챔버부(120), 10개의 슬릿노즐(131)과 스프레이 팁(133)으로 이루어진 슬릿노즐부(130), 및 4개의 더미 팁(140)으로 구성된다. 이때 슬릿노즐(131)의 폭은 0.5mm, 스프레이 팁(133)의 뾰족한 부분 사이의 거리는 8mm, 슬릿노즐(131)의 출구부터 스프레이 팁(133)의 뾰족한 부분까지의 길이는 4mm, 스프레이 팁(133)의 뾰족한 부분과 기판(20) 사이의 거리는 10mm, 유리구슬(121)의 직경은 1mm로 설정되었으며, 챔버부(120)와 슬릿노즐부(130)는 스테인리스 스틸로 제작되었다.

상단 사진은 +8.32kV의 전압을 인가하고 에탄올의 유량을 50ml/h로 설정하여 촬영한 것이고, 하단 사진은 +13.83kV의 전압을 인가하고 에탄올의 유량을 70ml/h로 설정하여 촬영한 것이다. 상단 사진에 비하여 하단 사진에서 액적(53)이 더 넓게 정전분무되는데 이는 상단사진보다 고전압이 인가되었고 또한 유량이 커서 액적(53)이 많이 발생하였기 때문이다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐을 이용한 박막코팅방법의 흐름도이다. 본 발명에 따른 박막코팅방법을 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 박막코팅방법은 상술한 바와 같이 이루어진 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐(100)을 이용하여 기판(20) 표면에 박막을 형성하는 방법으로 전원공급단계(S100), 액체주입단계(S200), 정전분무단계(S300), 및 코팅단계(S400)로 이루어진다.

먼저 전원공급단계(S100)에서는 전원장치(30)에 의해 모세관부(110)에 전압을 인가한다. 정전분무를 달성하기 위해서 통상적으로 양의 고전압을 인가하게 되며 이때 전압의 크기는 전기전도성 액체(50)가 콘젯모드로 분무될 수 있을 정도의 전기장을 형성할 수 있는 크기인 수kV 정도이다. 다음으로 액체주입단계(S200)에서는 시린지 펌프에 의해 전기전도성 액체(50)를 모세관부(110)에 주입하게 된다. 전기전도성 액체(50)가 주입되면 모세관부(110)에 인가된 고전압에 의해 전하분리현상이 일어나고 전하분리된 전기전도성 액체(50)는 챔버부(120)를 지나 슬릿노즐(131)로 이송된다. 정전분무단계(S300)에서는 슬릿노즐(131)을 통과한 전기전도성 액체(50)가 스프레이 팁(133)에서 테일러 콘(51)을 형성하여 콘젯모드로 정전분무된다. 마지막으로 코팅단계(S400)에서는 스프레이 팁(133)과 특정간격 이격되어 이송된 기판(20) 표면에 전기전도성 액체(50)가 액적(53)상태로 정전분무되어 균일한 두께로 박막코팅된다. 이때 기판(20)은 통상적으로 접지되거나 음의 고전압이 인가되며 음의 고전압이 인가될 경우 전압의 크기는 수kV 정도이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 첫번째 더미 팁 2 : 두번째 더미 팁
3 : 세번째 스프레이 팁 7 : 7번째 스프레이 팁
10 : 모세관 20 : 기판
30 : 전원장치 40 : 펌프
50 : 전기전도성 액체 51 : 테일러 콘
52 : 액주 53 : 액적
100 : 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐
110 : 모세관부 120 : 챔버부
121 : 유리구슬 130 : 슬릿노즐부
131 : 슬릿노즐 133 : 스프레이 팁
140 : 더미 팁
200 : 슬릿노즐 정전분사법을 이용한 미소박막 제조장치
211 : 용액공급라인 220, 250 : 전극
230, 260 : 고전압 인가장치
240 : 금속 가드판 280 : 접지판
300 : 멀티플렉스 노즐

Claims

전기전도성 액체(50)가 주입되도록 내경을 갖고 전압이 인가되어 상기 전기전도성 액체(50)의 전하가 분리되도록 형성된 모세관부(110);
전하가 분리된 상기 전기전도성 액체(50)가 유입되도록 상기 모세관부(110)의 일측 말단에 연결되고 내부에 빈 공간이 형성된 챔버부(120); 및
상기 챔버부(120)의 일측에 연결되어 상기 전기전도성 액체(50)를 이송하도록 형성된 슬릿노즐(131) 및 상기 전기전도성 액체(50)가 집중되어 정전분무되도록 상기 슬릿노즐(131)의 출구에 구비된 스프레이 팁(133)으로 이루어진 슬릿노즐부(130);를 갖는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 1항에 있어서,
상기 스프레이 팁(133)은 수직평면이 역삼각형 모양인 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 1항에 있어서,
상기 슬릿노즐부(130)는 상기 슬릿노즐(131)이 서로 특정 간격으로 이격되어 병렬로 복수 개 정렬되고 상기 슬릿노즐(131)의 출구마다 하나의 스프레이 팁(133)이 구비된 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 3항에 있어서,
상기 복수의 스프레이 팁(133) 주위에 형성되는 전기장 분포가 균일하도록 상기 슬릿노즐부(130)의 수평방향으로 양 끝에 적어도 하나씩 설치된 더미 팁(140)을 더 구비하는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 1항에 있어서,
상기 모세관부(110)와 상기 슬릿노즐부(130)는 서로 어긋나도록 배열되어 상기 챔버부(120)에 연결되는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 1항에 있어서,
상기 챔버부(120)는 상기 전기전도성 액체(50)가 상기 슬릿노즐(131)로 균일량 이송되도록 상기 챔버부(120) 내부에 삽입된 분배수단을 포함하는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 6항에 있어서,
상기 분배수단은 구슬형상이고 상기 챔버부(120)에 복수로 구비되는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
제 6항에 있어서,
상기 분배수단은 실온에서 비전도성을 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐.
모세관부(110)에 전압이 인가되는 전원공급단계;
전기전도성 액체(50)를 상기 모세관부(110)에 주입하는 액체주입단계;
슬릿노즐(131)의 출구에 구비된 스프레이 팁(133)에서 상기 전기전도성 액체(50)가 정전분무되는 정전분무단계; 및
상기 스프레이 팁(133) 아래에 특정간격 이격되어 이송된 작업물이 상기 작업물의 폭 방향에 수직으로 이동하면서 박막코팅되는 코팅단계;로 이루어진 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐을 이용한 박막코팅방법.
제 9항에 있어서,
상기 전원공급단계는 상기 정전분무단계에서 상기 전기전도성 액체(50)가 콘젯모드로 분무되도록 상기 모세관부(110)에 고전압이 인가되는 것을 특징으로 한 스프레이 팁을 구비한 슬릿노즐을 이용한 박막코팅방법.