KR20130014260A - 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템 및 이를 이용한 어닐링 방법 - Google Patents

투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템 및 이를 이용한 어닐링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치패널용 ITO 물질 등의 투명전극 물질이 코팅된 필름의 어닐링 공정시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 투명전극물질이 코팅된 필름재가 권취된 제1권취롤러를 포함하는 권출기와 상기 권취롤러에서 로딩되는 상기 필름재에 적외선 히터를 통해 어닐링(annealing) 공정을 수행하는 적외선조사모듈, 상기 적외선조사모듈을 통과한 상기 필름재를 권취하는 제2권취롤러를 포함하는 권취기를 포함하여 구성된다.

Description

투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템 및 이를 이용한 어닐링 방법{Annelaing system and Method for ITO Film in Roll to roll}
본 발명은 터치패널용 ITO 물질 등의 투명전극 물질이 코팅된 필름의 어닐링 공정시스템에 관한 것이다.
터치 윈도우는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube), 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(FED; Field Emission Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel) 및 전계발광소자(ELD; Electro Luminescence Device) 등과 같은 화상표시장치의 표시면에 설치되어 사용자가 화상표시장치를 보면서 터치 윈도우(패널)을 가압하여 컴퓨터에 미리 정해진 정보를 입력하는 장치이다.
도 1 및 도 2는 이러한 정전용량방식의 터치패널의 주요 구성부분을 도시한 것이다. 도 1은 이러한 다층의 구조의 접착구조의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 X선을 기준으로 절단한 단면도를 도시한 것이다. 도시된 도면을 참조하면 터치패널은 투명윈도우(window;10) 하부에 상부 OCA(50), 그 하부에 상부전극층(ITO;40)과 하부OCA(30), 하부전극층(20)의 구조를 가지는 것이 일반적이며, 이 하부에 액정패널(LCD;60)과 접착하게 된다. 이러한 다양한 층의 합착으로 형성되는 터치스크린패널(TSP)는 FPCB 모듈과의 본딩을 위해 상술한 상부 OCA(50),상부전극층(ITO;40),하부OCA(30)를 절단하여 연결패드(P)가 노출되는 본딩영역(C)을 구비하게 된다.
상술한 구조에서 상부전극층(ITO;40), 하부전극층(20)은 일반적으로 ITO가 코팅된 구조의 필름을 이용하게 되는데, 이러한 ITO가 코팅된 구조의 필름은 공정중 열수축 방지목적과 증착된 박막 ITO의 결정구조를 안정화시키기 위해 일정한 시트로 절단한 후, 전기 가열(Heating) 방식의 건조로 내부에 적재하고, 140~160℃의 온도에 피폭시키는 어닐링(annealing) 공정을 진행하여 사용하게 된다. 그러나 이러한 어닐링 공정은 60~90분 정도의 공정시간이 소요되어 열에 의한 시트(sheet)의 변형(curl)이 발생되거나 황색 변화가 일어나게 되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 터치패널용 ITO 필름에 어닐링 공정을 가열방식이 아닌 적외선 조사방식(IR Heating)으로 ITO 증착막에 직접열전달 방식을 적용하여 공정시간을 단축할 수 있으며, 시트단위로 절단하지 않고 롤(Roll) 상태의 원재료를 바로 공정에 투입하는 롤-투-롤(Roll to Roll) 방식을 적용하여 공정효율을 극대화할 수 있는 어닐링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 필름의 이송구간에 진공흡착롤을 구비하여, ITO 필름의 열신축이 발생하기 쉬운 고온의 조건을 제거하고, 필름의 반송 또는 이송 중 생기는 장력에 의해 필름이 연신되는 것을 방지할 수 있는 어닐링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 투명전극물질이 코팅된 필름재가 권취된 제1권취롤러를 포함하는 권출기와 상기 권취롤러에서 로딩되는 상기 필름재에 적외선 히터를 통해 어닐링(annealing) 공정을 수행하는 적외선조사모듈, 그리고 상기 적외선조사모듈을 통과한 상기 필름재를 권취하는 제2권취롤러를 포함하는 권취기를 포함하여 구성된다. 상기 권출기에서 상기 권취기로 상기 필름재를 이송하는 폐회로 벨트타입 이송모듈을 더 포함하여 구성되며, 특히, 상기 이송모듈과 이격되는 위치에 배치되어 일시적으로 상기 필름재를 흡착하여 권출기 및 권취기에 의한 장력을 제거하는 진공흡착롤을 적어도 1 이상 더 포함하여 구성된다.
이를 통해, 상술한 것과 같이 시트단위로 절단하여 전기 가열방식으로 어닐링 처리를 수행하는 종래의 공정의 문제는 적외선 조사방식(IR Heating)으로 ITO 증착막에 직접열전달 방식을 적용하여 공정시간을 단축할 수 있으며, 시트단위로 절단하지 않고 롤(Roll) 상태의 원재료를 바로 공정에 투입하는 롤-투-롤(Roll to Roll) 방식을 적용하여 공정효율을 극대화할 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 터치패널용 ITO 필름에 어닐링 공정을 가열방식이 아닌 적외선 조사방식(IR Heating)으로 ITO 증착막에 직접열전달 방식을 적용하여 공정시간을 단축할 수 있으며, 시트단위로 절단하지 않고 롤(Roll) 상태의 원재료를 바로 공정에 투입하는 롤-투-롤(Roll to Roll) 방식을 적용하여 공정효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
특히, 필름의 이송구간에 진공흡착롤을 구비하여, ITO 필름의 열신축이 발생하기 쉬운 고온의 조건을 제거하고, 필름의 반송 또는 이송 중 생기는 장력에 의해 필름이 늘어나는 문제를 해소하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 터치윈도우의 단면 개념도, 도 2는 종래의 터치윈도우의 평면 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 어닐링 시스템의 전체 구성 블럭도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서의 어닐링 시스템을 구현한 구현예시도이다.
도 5는 본 발명에 다른 진공흡착롤의 구성을 설명하기 위한 단면 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 터치윈도우에 사용되는 투명전극물질이 코팅된 필름을 일정 사이즈로 절단하지 않고 롤상태로 어닐링할 수 있는 동시에 필름에 장력인가를 최소화할 수 있는 어닐링 시스템 및 방법에 관한 기술을 제공하는 것을 요지로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 전체 시스템 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 어닐링 시스템의 일 구현예를 도시한 것이다.
도시된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템(이하, '본 시스템'이라 한다.)은, 투명전극물질이 코팅된 필름재가 권취된 제1권취롤러(110)를 포함하는 권출기(100)와, 상기 권취롤러(110)에서 로딩되는 상기 필름재에 적외선 히터(310)를 통해 어닐링(annealing) 공정을 수행하는 적외선조사모듈(300), 그리고 상기 적외선조사모듈(300)을 통과한 상기 필름재를 권취하는 제2권취롤러(510))를 포함하는 권취기(500)를 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 본 시스템은 상기 권출기(100)에서 상기 권취기(500)로 상기 필름재를 이송하는 폐회로 벨트타입 이송모듈(400)을 더 포함하여 구성됨이 바람직하며, 특히, 상기 이송모듈(400)과 이격되는 위치에 배치되어 일시적으로 상기 필름재를 흡착하여 권출기(100) 및 권취기(500)에 의한 장력을 제거하는 진공흡착롤(210, 220)을 적어도 1 이상 더 포함하여 구성됨이 더욱 바람직하다.
구체적인 본 시스템의 구성 및 작용을 도 3 및 도 4를 통하여 상술하기로 한다.
본 발명에 적용되는 필름재(F)는 기본적으로 터치패널용 투명전극물질이 코팅된 구조의 필름재를 통칭하며, 여기에서 상기 투명전극물질이란 ITO(indium-tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 또는 ZnO(zinc oxide) 중 어느 하나의 물질을 적용할 수 있으며, 상기 필름재는 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PI(polyimide), PMMA(PolyMethly MethaAcrylate) 중 어느 하나의 물질로 구성되는 필름일 수 있다.
상기 권출기(100)는 상기 필름재(F)가 롤 상태로 권취되어 있는 제1권취롤러(110)를 포함하며, 기타 제1권취롤러를 회전시키는 구동 수단(미도시), 전원공급수단(미도시) 등을 포함하는 장비를 의미한다.
상기 제1권취롤러(110)는 상기 필름재(F)가 권취되어 있는 상태에서 최종적으로 상기 필름재(F)가 어닐링 후 권취되는 제2권취롤러(510)와 연속공정을 위해 쌍으로 배치된다.
상기 제1권취롤러(110)에서 권출되는 상기 필름재(F)는 적외선조사모듈(300)이 배치된 적외선 조사영역으로 이송되며, 적외선조사모듈(300)에서는 상기 필름재(F)의 표면에 코팅된 투명전극물질에 직접 적외선히터(310)을 통해 어닐링공정을 수행하게 된다. 상기 적외선조사모듈(300)을 통과하는 상기 필름재(F)의 이동은 이송모듈(400)에 의해 수행됨이 더욱 바람직하다.
상기 이송모듈(400)은 상기 필름재(F) 자체의 장력이나 하중에 의한 중력이 작용하는 것을 경감시키기 위해 벨트타입의 페회로 이송벨트(410)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 이송모듈(400)는 기본적으로 상기 필름재(F)가 상기 권출기(100)에서 로딩되어 적외선조서모듈(300)로 진입하는 경우, 상기 이송벨트(410)의 상부면에 상기 필름재(F)가 안착하여 일정한 속도로 이동할 수 있도록 한다. 이 경우 상기 권출기(100)에서 로딩되는 상기 필름재(F)가 이송벨트(410)의 상부영역에 놓여진 상태로 이송되도록 상기 권출기(100) 및 권취기(500)와 직선 라인선상에 배치되도록 함이 바람직하다. 또한, 상기 이송벨트는 내전처리 및 내열처리가 수행된 것을 이용함이 더욱 바람직하다.
상기 적외선조사모듈(300)은 기본적으로 적외선히터(310)를 다수 포함할 수 있으며, 이를 구동하기 위한 전원공급장치(미도시) 등을 포함하는 장비이다. 본 발명에 따른 적외선조사모듈(300)에 적외선 히터(310)에서 적외선이 조사되는 공간을 '적외선조사영역'이라고 정의한다.
상기 필름재(F)가 상기 이송벨트(410)에 실려 상기 적외선조사영역을 통과하는 경우, 적외선(infrared) 파장대를 가진 히터를 사용하여 상기 필름재(F)의 상부면에 코팅된 투명전극물질(이를테면, ITO 등)에 직접 열을 공급할 수 있어 공정 중 필름재의 열수축 방지와 증착된 박막구조의 투명전극물질의 결정구조를 안정화할 수 있게 된다.
특히, 본 시스템에서의 상기 진공흡착롤(210, 220)은 상기 이송모듈과 이격되는 위치에 배치되어 일시적으로 상기 필름재를 흡착하여 권출기 및 권취기에 의한 장력을 제거하는 기능을 수행한다.
도 4에 도시된 구조에서 상기 진공흡착롤은, 상기 제1권취롤러(110)와 상기 이송모듈(400)의 사이에 배치되는 적어도 1 이상의 제1진공흡착롤(210)과 상기 제2권취롤러(510)와 상기 이송모듈(400) 사이에 배치되는 적어도 1 이상의 제2진공흡착롤(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 진공흡착롤은 기본적으로 상기 권출기와 상기 권취기 사이에 장력에 의해 필름이 늘어나는 현상을 방지하기 위해, 일정한 흡인력을 구현하여 상기 필름재(F)의 이동 속도를 늦추고 도시된 구조에서 처럼 필름재가 적외선조사모듈(400)으로 반송되기 전에 대기하는 부분(X, Y)이 형성될 수 있도록 해, 무장력반송을 수행할 수 있도록 한다.
도 5는 도 4에서 상술한 진공흡착롤의 구성을 도시한 것으로, 도시된 구조에서 진공흡착롤은 롤러 내부의 진공흡착라인(202)과 연통하는 상기 롤표면의 다수의 흡착홀(201)을 구비하여 상기 롤러 표면에 상기 필름재를 흡착할 수 있도록 한다. 상기 진공흡착라인(202)에 인가되는 흡인력은 석션 장치(suction device) 또는 진공 펌프(vacuum pump)에 의해 발생시킬 수 있다.
상술한 도 3 및 도 4에 상술한 본 시스템을 이용하여 투명전극물질이 코팅된 필름재에 대하여 어닐링하는 공정을 정리하면 다음과 같다.
우선, 투명전극물질이 코팅된 필름재가 권취된 제1권취롤러를 포함하는 권출기로 부터 상기 필름재가 적외선조사모듈로 공급되고, 이후 상기 적외선조사모듈에서 상기 필름재 상부로 적외선을 조사하여 어닐링(annealing) 공정을 수행하고, 상기 필름재가 제2권취롤러에 권취되는 공정으로 구현될 수 있도록 한다.
물론, 이 경우 이송모듈과 진공흡착롤의 구성을 통해 무장력 반송을 수행할 수 있도록 한다. 이는 구체적으로 권출기와 적외선조사모듈 사이에 배치되는 제1진공흡착롤에 상기 필름재가 흡착되며 무장력 반송방식으로 상기 적외선조사모듈로 이송하며, 어닐링 공정이 수행된 필름은 상기 적외선조사모듈과 상기 제2권취롤로 사이에 배치되는 제2진공흡착롤에 상기 필름재가 흡착되며 무장력 반송방식으로 상기 제2권취롤로 이송되어 권취될 수 있도록 한다.
또한, 적외선조사모듈을 통해 직접 투명전극물질을 어닐링(annealing)하여 공정효율을 높일 수 있게 할 수 있다. 이는 구체적으로, 상기 진공흡착롤에 의해 상기 필름재가 폐회로 벨트 타입의 이송모듈의 상부의 이송벨트 상에 공급되며, 상기 이송벨트에 안착한 필름재가 이송벨트의 회전에 따라 이동하며 상기 적외선을 조사받아 어닐링 공정이 수행되는 공정으로 구현될 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 권출기
110: 제1권취롤러
200: 진공흡착롤
210: 제1진공흡착롤러
220: 제2진공흡착롤러
300: 적외선조사모듈
310: 적외선히터
400: 반송모듈
410: 이송벨트
500: 권취기
510: 제2권취롤러

Claims (15)

  1. 투명전극물질이 코팅된 필름재가 권취된 제1권취롤러를 포함하는 권출기;
    상기 권취롤러에서 로딩되는 상기 필름재에 적외선 히터를 통해 어닐링(annealing) 공정을 수행하는 적외선조사모듈;
    상기 적외선조사모듈을 통과한 상기 필름재를 권취하는 제2권취롤러를 포함하는 권취기;를 포함하는 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템은,
    상기 권출기에서 상기 권취기로 상기 필름재를 이송하는 폐회로 벨트타입 이송모듈;을 더 포함하는 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이송모듈은,
    상기 적외선조사모듈에 배치되는 적외선조사영역에 배치되며,
    상기 권출기에서 로딩되는 상기 필름재가 이송벨트의 상부영역에 놓여진 상태로 이송되도록 상기 권출기 및 권취기와 직선 라인선상에 배치되는 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이송벨트는,
    내전 및 내열 처리가 수행된 폐회로벨트인 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템은,
    상기 이송모듈과 이격되는 위치에 배치되어 일시적으로 상기 필름재를 흡착하여 권출기 및 권취기에 의한 장력을 제거하는 진공흡착롤을 적어도 1 이상 더 포함하는 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 진공흡착롤은,
    상기 제1권취롤러와 상기 이송모듈의 사이에 배치되는 적어도 1 이상의 제1진공흡착롤;과
    상기 제2권취롤러와 상기 이송모듈 사이에 배치되는 적어도 1 이상의 제2진공흡착롤;을 포함하는 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 진공흡착롤은,
    롤내부의 진공흡착라인과 연통하는 상기 롤표면의 다수의 흡착홀을 구비한 구조인 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 투명전극물질은 ITO(indium-tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 또는 ZnO(zinc oxide) 중 어느 하나의 물질인 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 필름재는 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PI(polyimide), PMMA(PolyMethly MethaAcrylate) 중 어느 하나의 물질로 구성되는 필름인 투명전극 코팅 필름용 어닐링시스템.
  10. 투명전극물질이 코팅된 필름재가 권취된 제1권취롤러를 포함하는 권출기로 부터 상기 필름재가 적외선조사모듈로 공급되고,
    상기 적외선조사모듈에서 상기 필름재 상부로 적외선을 조사하여 어닐링(annealing) 공정을 수행하고,
    상기 필름재가 제2권취롤러에 권취되는 공정을 포함하는 투명전극 코팅 필름용 어닐링방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 권출기로부터 상기 필름재가 적외선조사모듈로 공급되는 것은,
    상기 권출기와 적외선조사모듈 사이에 배치되는 제1진공흡착롤에 상기 필름재가 흡착되며 무장력 반송방식으로 상기 적외선조사모듈로 이송되는 투명전극 코팅 필름용 어닐링방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적외선을 조사하여 어닐링(annealing) 공정을 수행하는 것은,
    상기 진공흡착롤에 의해 상기 필름재가 폐회로 벨트 타입의 이송모듈의 상부의 이송벨트 상에 공급되며,
    상기 이송벨트에 안착한 필름재가 이송벨트의 회전에 따라 이동하며 상기 적외선을 조사받아 어닐링 공정이 수행되는 투명전극 코팅 필름용 어닐링방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 필름재가 제2권취롤러에 권취되는 것은,
    상기 적외선조사모듈과 상기 제2권취롤로 사이에 배치되는 제2진공흡착롤에 상기 필름재가 흡착되며 무장력 반송방식으로 상기 제2권취롤로 이송되어 권취되는 공정인 투명전극 코팅 필름용 어닐링방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 제1진공흡착롤 또는 상기 제2진공흡착롤은,
    롤의 표면에 다수의 흡착홀이 형성되어 상기 롤내부에 형성되는 진공흡입력을 통해 상기 필름재를 흡착하는 투명전극 코팅 필름용 어닐링방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1진공흡착롤 및 상기 제2진공흡착롤은,
    상기 롤내부에 형성되는 진공흡인력이 석션 장치(suction device) 또는 진공 펌프(vacuum pump)에 의해 행해지는 투명전극 코팅 필름용 어닐링방법.
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