KR20130089455A

KR20130089455A - 필름 구조물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20130089455A
Application number: KR1020120010827A
Authority: KR
Inventors: 정선; 방성만; 김영철; 윤철
Original assignee: 주식회사 씨엔전자
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-12
Also published as: KR101321585B1

Abstract

본 발명은 가시광선 투과율을 높일 수 있으며 생산비용을 줄일 수 있는 필름 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 투명 필름, 상기 투명 필름의 일면에 증착되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제1 산화물층, 상기 제1 산화물층의 상면에 증착되는 금속층, 그리고 상기 금속층의 상면에 증착되어 외부 공기에 노출되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제2 산화물층을 포함하는 필름 구조물 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

필름 구조물 및 이의 제조방법{Film structures and Manufacturing method thereof}

본 발명은 필름 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가시광선 투과율을 높일 수 있으며 생산비용을 줄일 수 있는 필름 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

차량 및 건물의 창유리 등에 적용되는 윈도우 필름은 통상적으로 가시광선 투과율이 높고, 적외선 차단효율이 높은 것이 좋다. 왜냐하면, 차량 또는 건물 내부의 열이 외부로 배출되는 것을 차단하여야 하고, 동시에 내부에서 외부가 잘 보여야 하기 때문이다.

또한, 상기 윈도우 필름이 전자기파의 누설을 억제하는 차폐부재로서 사용되는 경우에는 추가적으로 높은 전기 전도성 및 양호한 반사색조가 요구되기도 한다.

종래에는 금속물질의 재질 및 두께의 조절을 통하여 상기 적외선 차단효율 및 가시광선 투과율을 조절하였다. 일례로, 종래에는 적외선 차단효율을 높이기 위하여 투명한 필름에 적외선 차단성능이 좋은 금속물질, 즉 알루미늄, 구리, 은, 금 등이 두껍게 적층되도록 하였다.

그러나, 상기 금속물질의 두께가 두꺼워지면 상기 적외선 차단효율은 증가하게 되나 상기 가시광선 투과율이 낮아지게 되어 반사율이 높아지는 단점을 가지게 된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0094834호(발명의 명칭: 태양광 제어 다층 필름)의 명세서 식별번호 [0032] ~ [0054]

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 금속층의 두께에 의존하지 않고 가시광선 투과율을 높일 수 있는 필름 구조물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 필름 구조물의 제작이 간단하며, 상기 필름구조물의 제작에 소요되는 비용이 저렴한 필름구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 투명 필름, 상기 투명 필름의 일면에 증착되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제1 산화물층, 상기 제1 산화물층의 상면에 증착되는 금속층, 그리고 상기 금속층의 상면에 증착되어 외부 공기에 노출되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제2 산화물층을 포함하는 필름 구조물을 제공한다.

상기 제2 산화물층의 두께는 상기 금속층의 가시광선 투과율을 향상시키기 위하여 20nm ~ 35nm 로 설정될 수 있다.

상기 금속층의 두께는 5nm ~ 20 nm 로 설정될 수 있다.

상기 제1 산화물층의 두께는 1nm ~ 3nm로 설정될 수 있다.

상기 제2 산화물층의 증착시 아크(arc)가 상기 금속층으로 이동되지 않도록 하기 위하여 상기 금속층은 상기 제1 산화물층의 폭보다 일정 길이만큼 작은 폭을 가지면서 증착될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 투명필름을 안착시키는 단계, 상기 투명 필름의 일면에 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 제1 산화물층을 플라즈마 스퍼터링 방식으로 증착하는 단계, 상기 제1 산화물층의 상면에 플라즈마 스퍼터링 방식으로 금속층을 증착하는 단계, 그리고 외부 공기에 노출되도록 상기 금속층의 상면에 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 제2 산화물층을 플라즈마 스퍼터링 방식으로 증착하는 단계를 포함하는 필름 구조물의 제조방법을 제공한다.

상기 제2 산화물층을 증착하는 단계에서 상기 제2 산화물층의 두께가 20nm ~ 35nm 가 되도록 스퍼터링 장치의 운전조건이 설정될 수 있다.

상기 제2 산화물층을 증착하는 단계에서 아크(arc)가 상기 금속층으로 이동되지 않도록 하기 위하여 상기 금속층은 상기 제1 산화물층의 폭보다 일정 길이만큼 작은 폭을 가지면서 증착될 수 있다.

상기 투명필름이 롤투롤 증착장비의 롤러에 의하여 회전하는 동안 상기 제1 산화물층이 증착되는 단계 및 상기 금속층이 증착되는 단계는 하나의 증착챔버 내부에서 순차적으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 필름구조물 및 이의 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 투명 필름의 일면에 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 제1 산화물층과, 금속층 및 제2 산화물층을 순차적으로 증착함으로써 금속층과 상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층의 상호작용을 통하여 금속층의 두께를 조정하지 않고서도 가시광선 투과율을 높일 수 있는 이점이 있다.

둘째, 증착 챔버 내에서 플라즈마를 이용한 스퍼트링 방식의 증착을 통하여 상기 투명 필름의 일면에 상기 제1 산화물층, 상기 금속층 및 상기 제2 산화물층을 적층함으로써 제조방법이 간단할 뿐만 아니라, 고가의 물질을 사용하지 않고, 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물을 사용함으로써 비용이 저렴한 이점이 있다.

특히, 인듐주석 산화물은 회수되어 재사용됨으로 인하여 자원재활용이 가능할 뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있다.

셋째, 상기 금속층이 상기 제1 산화물층의 폭보다 일정 길이만큼 작은 폭을 가지면서 증착되도록 함으로써 상기 제2 산화물층의 증착시 상기 금속층으로 아크(arc)가 튀지 않도록 하여 필름 구조물의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 필름구조물을 제조하는데 사용되는 스퍼터링 장치의 제1 실시 예를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 필름구조물을 제조하는데 사용되는 스퍼터링 장치의 제2 실시 예를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 필름구조물의 적층 단면을 나타낸 도면.
도 4는 인듐주석 산화물로 구성된 제2 산화물층의 두께별 파장 대비 투과율을 나타낸 그래프.
도 5는 인듐주석 산화물로 구성된 제2 산화물의 두께에 따른 반사율/적외선 차단효율/가시광선투과율을 나타내는 그래프.
도 6은 실리콘 산화물로 구성된 제2 산화물층의 두께별 반사율/적외선 차단효율/가시광선투과율을 나타낸 그래프

첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 필름구조물 및 이의 제조방법에 대한 실시 예를 설명한다.

도 1을 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 필름구조물을 제조하기 위한 스퍼터링 장치의 제1 실시 예 및 이에 의하여 제조되는 필름구조물을 설명한다.

상기 필름구조물(100)은 투명필름(110), 상기 투명필름(110)의 일면에 증착되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제1 산화물층(120), 상기 제1 산화물층(120)의 상면에 증착되는 금속층(130), 그리고 상기 금속층(130)의 상면에 증착되어 외부 공기에 노출되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제2 산화물층(140)을 포함한다.

상기 필름구조물(100)을 제작하기 위한 장치로는 진공증착 방식의 장치 중의 하나인 스퍼터링 장치가 사용된다. 상기 스퍼터링 장치는 플라즈마를 이용한 스퍼터링 장치로서 DC(DC: Direct Current) 스터퍼링 장치, RF(Radio Frequency) 스퍼터링 장치, MF(Middle Frequency) 스퍼터링 장치, 이온빔(Ion Beam) 스퍼터링 장치 등이 사용된다.

이하에서는, 상기 투명필름(110)의 상면에 상기 제1 산화물층(120)을 증착하기 위하여 직류전원이 사용되는 배치타입의 DC 스퍼터링 장치에 한하여 설명한다.

상기 스퍼터링 장치는 증착챔버(10), 가스공급유닛, 전원공급유닛(80), 펌핑유닛(90), 셔터유닛(40), 쉴드유닛(60), 타겟장착유닛(70) 및 필름홀더(30)를 포함한다.

상기 증착챔버(10)는 상기 필름구조물(100)의 증착이 이루어지는 공간을 제공한다. 상기 증착챔버(10)는 증착을 위하여 내부 공간이 일정 정도의 진공상태를 유지하게 된다.

상기 가스공급유닛은 상기 증착챔버(10)의 내부로 가스를 공급하기 위한 것으로서, 가스저장탱크(23) 및 질량유량계(MFC: Mass Flow Controller)(21)를 포함한다.

상기 가스저장탱크(23)에는 상기 필름구조물(100)의 증착시 제1 타겟물질(50)을 스퍼터링하기 위한 가스, 예를 들면 아르곤(Ar)이 저장되어 있다. 여기서, 상기 제1 타겟물질(50)은 상기 제1 산화물층(120)을 형성하는 물질을 의미한다.

상기 질량유량계(21)는 상기 가스저장탱크(23)에서 상기 증착챔버(10)로 유입되는 가스량을 조절하게 된다. 상기 가스가 주입되는 양의 단위로는 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)이 사용된다. 예를 들어, 상기 가스의 주입속도가 1 sccm라고 한다면, 1분 동안 가로-세로-높이가 각각 1cm 인 부피에 해당하는 양만큼의 가스가 주입되는 것을 의미한다.

상기 전원공급유닛(80)은 상기 제1 타겟물질(50)을 음극과 연결하여 상기 제1 타겟물질(50)에 전원을 공급하게 된다.

상기 펌핑유닛(90)은 상기 증착챔버(10)의 내부를 진공으로 만들거나 내부의 기체들을 외부로 배출하기 위한 것이다. 물론, 상기 펌핑유닛(90)에는 상기 증착챔버(10)의 내부로 가스 또는 오일이 역류하는 것을 차단하기 위한 가스역류방지유닛(미도시)이 구비될 수도 있다.

상기 필름홀더(30)는 상기 필름구조물(100)의 기재(基材)에 해당하는 상기 투명필름(110)을 잡아주게 된다. 상기 필름홀더(30)에는 상기 투명필름(110)을 가열하기 위한 히터가 구비될 수도 있고, 상기 투명필름(110)을 냉각시키기 위한 냉각장치가 구비될 수도 있다.

또한, 상기 필름홀더(30)에는 상기 투명필름(110)을 회전시키기 위한 회전구동유닛이 구비될 수도 있다.

상기 셔터유닛(40)은 상기 투명필름(110)과 상기 제1 타겟물질(50) 사이를 차단하는 것이다. 상기 투명필름(110)에 원하는 시간만큼 상기 제1 타겟물질(50)을 증착하기 위하여 순간적으로 상기 투명필름(110)과 상기 제1 타겟물질(50) 사이를 차폐하게 된다.

상기 쉴드유닛(60)은 상기 제1 타겟물질(50)에서 원하는 부위만 스퍼터링 되도록 하기 위한 것이다. 상기 제1 타겟물질(50)의 일부 영역에 대해서는 가속된 아르곤 양이온과 접촉되지 않도록 상기 제1 타겟물질(50)의 상부에서 상기 일부 영역을 가리게 된다.

상기 타겟장착유닛(70)에는 상기 제1 타겟물질(50)이 장착되며, 상기 전원공급유닛(80)과 전기적으로 연결되어 있다.

상기 제1 산화물층(120)의 상면에 상기 금속층(130)을 증착하거나, 상기 금속층(130)의 상면에 상기 제2 산화물층(140)을 증착하기 위한 스퍼터링 장치는 상기 투명필름(110)에 상기 제1 산화물층(120)이 증착하기 위하여 사용되는 스퍼터링 장치와 실질적으로 동일하다.

이하에서는, 도 1 및 도 3을 참조하여, 상기 스퍼터링 장치에 의하여 상기 투명필름(110)의 상면에 상기 제1 산화물층(120)이 플라즈마 스퍼터링 방식으로 증착되는 과정을 간단하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 증착챔버(10) 내부에 위치하는 상기 필름홀더(30)에 상기 투명필름(110)을 안착시킨다.

다음으로, 상기 펌핑유닛(90)에 의하여 상기 증착챔버(10)의 내부압력이 진공상태로 유지되도록 한다.

다음으로, 상기 증착챔버(10) 내부로 상기 아르곤 가스가 주입되어 상기 증착챔버(10)내의 압력이 원하는 설정압력으로 설정된다.

다음으로, 상기 제1 타겟물질(50)에 음극의 전기장을 공급하게 되면 방전이 시작되어 플라즈마가 발생하기 시작한다.

이때, 상기 아르곤 가스는 1차 전자 및 2차 전자와의 충돌로 인하여 아르곤 양이온과 전자로 분리된다. 여기서, 1차 전자는 자연상태에서도 이온화되어 되어 있는 소량의 전자를 의미하고, 2차 전자는 양이온과 음극의 충돌로 인하여 상기 음극에서 방출되는 전자를 의미한다.

다음으로, 상기 아르곤 양이온은 전지적으로 양극(+)이므로 전기장의 힘을 받아 음극인 상기 제1 타겟물질(50)쪽으로 가속되어 끌려가기 시작한다. 가속된 아르곤 양이온은 상기 제1 타겟물질(50)과 충돌하게 되고, 상기 충돌로 인하여 상기 제1 타겟물질(50)이 튀어나와 상기 투명필름(110)에 증착된다.

여기서, 상기 제1 산화물층(120)은 실리콘 산화물(SiO₂) 또는 인듐주석 산화물(ITO) 중의 하나 이상을 포함한다.

상기 제1 산화물층(120)의 증착이 완료되면, 동일한 방식으로 상기 제1 산화물층(120)의 상면에 플라즈마 스퍼터링 방식으로 상기 금속층(130)이 증착된다.

다음으로, 상기 금속층(130)의 상면에 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 제2 산화물층(140)이 플라즈마 스퍼터링 방식에 의하여 증착된다. 상기 제2 산화물층(140)은 상기 필름구조물(100)의 최종 제품에서 외부공기에 외부 공기에 노출되는 부분이다.

상기 제2 산화물층(140)은 상기 필름구조물(100)의 산화현상 및 외부오염을 방지하는 역할을 하게 된다.

상기 제2 산화물층(140)을 증착하는 단계에서 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 20nm ~ 35nm 가 되도록 스퍼터링 장치의 운전조건이 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 투명필름(110)이 롤 타입 또는 인라인 타입으로 제공되는 경우라면, 상기 투명필름(110)의 이동속도의 조절을 통하여 상기 제2 산화물층(140)의 증착두께를 조절할 수 있게 된다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 필름구조물을 제조하기 위한 스퍼터링 장치의 제2 실시예 및 이에 의하여 제조되는 필름구조물을 설명한다.

본 실시 예에 따른 스퍼터링 장치는 상술한 제1 실시 예의 스퍼터링 장치와 달이 증착이 연속적으로 수행되는 롤투롤(Roll to Roll) 증착장비이다. 본 실시 예에 따른 롤투롤 증착장비의 구성 중에 상술한 제1 실시 예의 스퍼터링 장치와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.

앞서 살펴본 바와 같이, 상기 필름구조물(100)은 투명필름(110), 상기 투명필름(110)의 일면에 증착되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제1 산화물층(120), 상기 제1 산화물층(120)의 상면에 증착되는 금속층(130), 그리고 상기 금속층(130)의 상면에 증착되어 외부 공기에 노출되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 갖는 제2 산화물층(140)을 포함한다.

본 실시예에 따른 롤투롤 증착장비는 상기 필름구조물(100)을 연속적으로 생산하기 위하여 풀림챔버(1100), 제1 증착챔버(1200), 제2 증착챔버(1300), 되감기 챔버(1400), 전처리 챔버(1610), 제1 버퍼챔버, 제2 버퍼챔버(1630), 상기 필름구조물을 이동시키기 위한 롤러들 및 필름구조물의 장력을 조절하기 위한 로드셀(1720)을 포함한다.

상기 풀림챔버(1100)는 상기 투명필름(110)이 공급되는 장소이고, 상기 제1 증착챔버(1200)는 상기 제1 산화물층(120) 및 상기 금속층(130)이 증착되는 장소이다. 또한, 상기 제2 증착챔버(1300)는 상기 제2 산화물층(140)이 증착되는 장소이고, 상기 되감기 챔버(1400)는 완성된 상기 필름구조물(100)이 감겨지는 장소이다.

물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 증착챔버는 한 개로 구비될 수도 있고, 상기 금속층(130)과 상기 제2 산화물층(140)이 상기 제2 증착챔버(1300)에서 증착될 수도 있으며, 각각의 증착층에 대응되는 개수만큼 상기 증착챔버가 구비될 수도 있을 것이다.

상기 전처리 챔버(1610)는 상기 풀림챔버(1100)와 상기 제1 증착챔버(1200) 사이에 배치되어, 상기 전처리 챔버(1610)에서는 상기 투명필름(110)의 일면에 상기 제1 산화물층(120)이 증착되기 전에 표면처리 등의 전처리 작업이 수행된다.

상기 제1 버퍼챔버(1620)는 상기 제1 증착챔버(1200)와 상기 제2 증착챔버(1300) 사이에 배치되어, 상기 제1 증착챔버(1200)에서 증착공정을 마친 필름구조물이 상기 제2 증착챔버(1300)로 이동되기 전에 경유하게 된다.

마찬가지로, 상기 제2 버퍼챔버(1630)는 상기 제2 증착챔버(1300)와 상기 되감기 챔버(1400) 사이에 배치되어, 상기 제2 증착챔버(1300)에서 증착공정을 마친 필름구조물이 상기 되감기 챔버(1400)로 이동되기 전에 경유하게 된다.

여기서, 상기 제1 버퍼챔버(1620) 및 상기 제2 버퍼챔버(1630)는 상기 필름구조물이 놓이는 환경이 순간적으로 바뀌는 것을 방지하게 된다.

상기 롤러들은 필름구조물을 지지하면서 이동시키기 위하여 정위치 회전롤러(1710)들과, 필름구조물의 감기는 각도변화에 따라 이동되는 이동롤러(1730)들과, 상기 되감기 챔버(1400)에 설치되어 상기 필름구조물(100)의 주름형성을 방지하기 위한 크라운(Crown) 롤러(1740)들을 포함한다.

또한, 상기 풀림챔버(1100)의 내부에는 풀림롤러(1830)가 설치되고, 상기 제1 증착챔버(1200)에는 제1 증착롤러(1810)가 배치되고, 상기 제2 증착챔버(1300)에는 제2 증착롤러(1820)가 배치되며, 상기 되감기 챔버(1400)에는 감김롤러(1840)가 설치된다.

상기 정위치 회전롤러(1710)들의 적어도 하나 이상이 상기 풀림챔버(1100), 상기 제1 증착챔버(1200), 상기 제2 증착챔버(1300), 상기 되감기 챔버(1400)의 내부에 각각 배치된다. 마찬가지로, 상기 이동롤러(1730)들의 적어도 하나 이상이 상기 풀림챔버(1100), 상기 제1 증착챔버(1200), 상기 제2 증착챔버(1300), 상기 되감기 챔버(1400)의 내부에 각각 배치된다.

상기 크라운 롤러(1740)는 상기 감김롤러(1840)의 직전에 설치되어 상기 필름구조물(100)이 상기 감김롤러(1840)에 감길 때 상기 필름구조물(100)의 주름형성을 방지하게 된다.

상기 로드셀(1720)은 상기 풀림챔버(1100) 및 상기 되감기 챔버(1400) 상에 배치되어 상기 제1 증착챔버(1200) 및 상기 제2 증착챔버(1300)내에서 상기 필름구조물(100)의 장력이 유지되도록 하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 제1 증착챔버(1200) 내부에는, 예를 들어 상기 제1 증착롤러(1810)의 하부 일측에는 상기 제1 산화물층(120)을 증착하기 위한 제1 타겟물질(1510)이, 상기 제1 증착롤러(1810)의 타측에는 상기 금속층(130)을 증착하기 위한 제2 타겟물질(1520)이 배치되어 있다.

또한, 상기 제2 증착챔버(1300)의 내부에는, 예를 들어 상기 제2 증착롤러(1820)의 하부 일측에는 상기 제2 산화물층(140)을 증착하기 위한 제3 타겟물질(1530)이 배치되어 있다.

본 실시 예에 따른 롤투롤 증착장비에 의하여 상기 필름구조물(100)이 제조되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 풀림챔버(1100) 내부에 상기 투명필름(110)이 안착되도록 한다.

다음으로, 상기 제1 증착챔버(1200) 및 상기 제2 증착챔버(1300)의 내부압력이 설정압력이 되도록 한다.

다음으로, 상기 제1 증착챔버(1200) 및 상기 제2 증착챔버(1300) 내부에 가스가 주입되도록 한다.

다음으로, 상기 투명필름(110)이 이동되도록 함과 동시에 상기 제1 타겟물질(1510), 상기 제2 타겟물질(1520) 및 상기 제3 타겟물질(1530)에 전원이 공급되도록 한다.

그러면, 상기 투명필름(110)은 상기 전처리 챔버(1610)로 이동되고, 상기 전처리 챔버(1610)에서 다시 상기 제1 증착챔버(1200)로 이동되어, 상기 투명필름(110)에 상기 제1 산화물층(120)이 증착된다.

여기서, 상기 제1 타겟물질(1510)과 상기 제2 타겟물질(1520)은 상기 제1 증착롤러(1810)의 회전방향을 따라 순차적으로 배치되어 있다.

따라서, 상기 제1 증착롤러(1810)가 회전하는 동안 일차적으로는 상기 제1 산화물층(120)이 상기 투명필름(110)의 상면에 증착되고, 일정시간 후에는 상기 제1 산화물층(120)의 상면에 상기 금속층(130)이 증착된다.

다음으로, 상기 제1 증착챔버(1200)를 경유한 필름구조물은 상기 제1 버퍼챔버(1620)를 경유하여 상기 제2 증착챔버(1300)로 유입되어, 상기 금속층(130)의 상면에 상기 제2 산화물층(140)이 증착된다.

최종적으로, 상기 제2 증착챔버(1300)를 경유한 필름구조물은 상기 제2 버퍼챔버(1630)를 경유하여 상기 되감기 챔버(1400)로 유입되어 외부로 반출된다.

여기서, 상기 투명필름(110)의 두께는 4 ~ 188 ㎛로 설정되며, 상기 투명필름(110)으로는 투명 플라스틱 필름, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate), 폴리에틸렌(PE:Polyethylene) 등이 사용되거나, 투명 글래스가 사용된다.

상기 제1 산화물층(120)의 두께는 1 nm ~ 3nm로 설정되며, 상기 제1 산화물층(120)은 실리콘 산화물(SiO₂) 또는 인듐주석 산화물(ITO) 중의 하나 이상을 포함한다. 물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 필름구조물(100)에서 상기 제1 산화물층(120)은 생략될 수도 있다.

또한, 상기 금속층(130)의 두께는 5nm ~ 20 nm 로 설정되며, 상기 금속층(130)을 이루는 재질로는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 등이 사용된다.

특히, 상기 금속층(130)은 상기 제1 산화물층(120)의 폭(D₁)보다 일정 길이만큼 작은 폭을 가지면서 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 산화물층(120)의 폭(D₁)이 1560mm 인 경우에 상기 금속층(130)의 폭(D₂)은 1540mm ~ 1559.5mm가 될 수 있다.

결과적으로, 상기 금속층(130)은 상기 제1 산화물층(120)의 양쪽 측면 테두리로부터 각각 10mm ~ 0.25mm씩 줄어든 상태의 폭을 가진다. 이는 상기 제2 산화물층(140)의 증착시 아크(arc)가 상기 금속층(130)으로 이동되지 않도록 하기 위함이다.

아크가 발생하는 원인은 다양하지만, 통상적으로 아크는 고전압 저전류의 특성을 가진다. 따라서, 상기 아크가 발생하기 위해서는 어딘가에 큰 전하가 축적되어 있어야 한다.

증착이 이루어지는 동안에 통상적으로는 상기 필름구조물의 양측단은 접지되거나 전원공급유닛에 연결되어 있고, 증착챔버와 일정간격 떨어져 있기 때문에 상기 필름구조물의 양측단과 증착챔버의 내벽 사이에 축전용량이 크게 만들어지게 된다.

축척된 전하들은 방전통로를 따라 모두 흘러가면서 아크로 전개되기 때문에 상기 필름구조물의 양단과 증착챔버의 내벽 사이에서 상기 아크가 발생할 가능성이 크다.

만약, 상기 금속층(130) 상기 제1 산화물층(120)과 동일한 폭을 가지면서 증착되어 있다면, 상기 제2 산화물층(140)이 증착될 때 상기 아크가 상기 필름구조물(100)의 양단과 상기 제2 증착챔버(1300)의 내벽 사이에서 발생하게 되면, 상기 아크는 상기 금속층(130)으로도 이동되게 되어 상기 필름구조물(100)을 손상시키게 된다.

결과적으로, 본 실시 예에서와 같이, 상기 금속층(130)의 폭이 제1 산화물층(120)의 폭보다 작게 증착되어 있다면, 상기 아크가 상기 필름구조물(100)의 양단과 상기 제2 증착챔버(1300)의 내벽 사이에서 발생하게 되더라도 상기 금속층(130)은 상기 제1 산화물층(120)의 양단으로부터 일정 간격 떨어져 있기 때문에 상기 아크가 상기 금속층(130)으로 이동될 가능성은 적어지게 되고, 이로 인하여 상기 필름구조물(100)에 대한 손상이 줄어들게 된다.

한편, 상기 제2 산화물층(140)의 두께는 상기 금속층(130)의 가시광선 투과율을 향상시키기 위하여 20nm ~ 35nm 로 설정된다. 특히, 상기 제2 산화물층(140)의 두께는 25nm ~30 nm 인 것이 바람직하다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 필름구조물 중 인듐주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide)로 구성된 제2 산화물층의 두께별 파장 대비 투과율을 설명한다. 여기서, 금속층(130)은 은(Ag)으로 구성되고, 제1 산화물층(120) 및 제2 산화물층(140)은 인듐주석 산화물(ITO)로 구성된다.

또한, 상기 그래프의 X축은 파장을 나타내며 상기 파장의 단위는 나노미터 (nm:nano meter)이고, Y축은 투과율(T: Transmissivity)이고 단위는 퍼센트(%)이다.

또한, P는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 1~2 nm 인 경우의 평균투과율이며, Q는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 3~8nm 인 경우의 평균투과율이며, R은 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 20nm ~35 nm 인 경우의 평균투과율을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 적외선 영역, 즉 파장이 780 nm 이상인 경우에는 R의 경우에 있어서 대체적으로 적외선 투과율이 제일 낮다. 다시 말하면, R의 경우가 적외선 차단효율이 제일 높게 나타난다.

또한, 가시광선 영역, 즉 파장이 380 nm ~ 780 nm 인 곳에서는 R의 경우에 있어서 대체적으로 가시광선의 투과율이 높게 나타난다.

결과적으로, 상기 필름구조물에서 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 20nm ~35 nm 인 경우에는 상대적으로 가시광선 투과율이 좋고 적외선 차단효율이 우수한 특징을 가진다.

도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 필름구조물 중 인듐주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide)로 구성된 제2 산화물층(140)의 두께에 따른 가시광선 투과율(VLT), 적외선 차단효율(IR), 반사율을 설명한다. 여기서, 금속층(130)은 은(Ag)으로 구성되고, 제1 산화물층(120) 및 제2 산화물층(140)은 인듐주석 산화물(ITO)로 구성된다.

또한, S0는 상기 제2 산화물층(140)이 존재하지 않는 경우이고, S1은 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 67nm ~ 70nm인 경우이고, S2는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 25 ~ 30 nm 인 경우이고, S3 는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 21nm ~ 22nm인 경우이고, S4 는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 16 ~ 18nm인 경우이고, S5 는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 5nm ~7nm인 경우이다.

결과적으로, 상기 필름구조물(100)에서 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 25nm ~30 nm 인 경우에는 상대적으로 가시광선 투과율이 높아지고, 반사율은 낮아지는 특징을 가진다.

실험결과에 따르면, 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 증가함에 따라 가시광선 투과율이 증가하다가 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 25nm ~30nm 에서 최대의 값을 가지고, 이후에는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 증가하더라도 가시광선 투과율은 감소하게 되는 것을 알 수 있다.

또한, 인듐주석 산화물(ITO)은 다른 산화물 대비 가격이 저렴하고, 회수되어 재사용이 가능한 장점을 가진다. 결과적으로, 가시광선 투과율 및 적외선 차단효율을 높이기 위하여 복잡한 합성의 산화물을 구현할 필요가 없고, 고가의 물질을 사용하지 않고서 저렴한 가격으로 생산할 수 있게 된다.

도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 필름구조물 중 실리콘 산화물(SiO₂)로 구성된 제2 산화물층의 두께별 반사율/적외선 차단효율/가시광선투과율을 설명한다. 여기서, 금속층(130)은 티타늄(Ti)이며, 제1 산화물층(120) 및 제2 산화물층(140)은 실리콘 산화물(SiO₂)로 구성된다.

도 6의 그래프는 동일한 조건하에서 증착되는 시간을 달리하여 증착되는 두께에 따른 특성값을 나타낸 것이다.

테스트 1(Test 1)의 경우는 증착시간을 3분 동안 지속하고, 기재(基材)가 되는 상기 투명필름(110)을 3 rpm의 속도로 회전시킨 경우의 가시시광선 투과율(VLT: Visible Light Transmission), 적외선 차단효율(IR) 및 반사율을 나타낸 것이다.

또한, 테스트 2(Test 2)의 경우는 증착시간을 20분 동안 지속하고, 기재(基材)가 되는 상기 투명필름(110)을 3 rpm의 속도로 회전시킨 경우를 나타낸다.

또한, 테스트 3(Test 3)의 경우는 증착시간을 5분 동안 지속하고, 기재(基材)가 되는 상기 투명필름(110)은 정지된 경우를 나타낸다

또한, 테스트 4(Test 4)의 경우는 증착시간을 10분 동안 지속하고, 기재(基材)가 되는 상기 투명필름(110)은 정지된 경우를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 상기 금속층(130)에 실리콘 산화물층이 증착되지 않는 경우보다, 상기 실리콘 산화물로 구성되는 상기 제1 산화물층(120) 및 상기 제2 산화물층(140)이 증착됨으로 인하여 반사율은 낮아지고, 가시광선 투과율은 높아지며, 적외선 차단효율은 높아지게 됨을 알 수 있다.

또한, 상기 투명필름(110)이 회전되는 경우에 있어서 상기 테스트 2의 증착시간이 상기 테스트 1의 증착시간보다 약 7배 정도로 오래 진행하더라도 가시광선 투과율, 반사율 및 적외선 차단효율은 미미함을 알 수 있다.

또한, 상기 투명필름(110)이 정지된 경우에 있어서, 상기 테스트 4의 증착시간이 상기 테스트 1의 증착시간보다 2배 정도로 진행된 경우에 오히려 가시광선 투과율은 낮아지고, 반사율은 높아지는 것을 알 수 있다. 여기서, 상기 테스트 3에서 제2 산화물층(140)의 두께는 70 nm이고, 상기 테스트 4에서 제2 산화물층(140)의 두께는 140nm 이다.

결과적으로, 실리콘 산화물을 포함하는 상기 제2 산화물층(140)의 두께가 두꺼워지더라도 일정범위를 벗어나면 오히려 가시광선 투과율은 낮아지고, 반사율은 증가하게 됨을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

10: 증착챔버 21: 가스저장탱크
23: 질량유량계 30: 필름홀더
40: 셔터유닛 50, 1510: 제1 타겟물질
60: 쉴드유닛 70: 타겟장착유닛
80: 전원공급유닛 90: 펌핑유닛
100: 필름구조물 110: 투명필름
120: 제1 산화물층 130: 금속층
140: 제2 산화물층 1100: 풀림챔버
1200: 제1 증착챔버 1300: 제2 증착챔버
1400: 되감기 챔버 1520: 제2 타겟물질
1530: 제3 타겟물질 1610: 전처리 챔버
1620: 제1 버퍼챔버 1630: 제2 버퍼챔버

Claims

투명 필름;
상기 투명 필름의 일면에 증착되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 재질의 제1 산화물층;
상기 제1 산화물층의 상면에 증착되는 금속층; 그리고,
상기 금속층의 상면에 증착되어 외부 공기에 노출되는 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 재질의 제2 산화물층을 포함하는 필름 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제2 산화물층의 두께는 상기 금속층의 가시광선 투과율을 향상시키기 위하여 20nm ~ 35nm 로 설정되는 것을 특징으로 하는 필름구조물.
제1항에 있어서,
상기 금속층의 두께는 5nm ~ 20 nm 인 것을 특징으로 하는 필름구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1 산화물층의 두께는 1nm ~ 3nm 인 것을 특징으로 하는 필름구조물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 산화물층의 증착시 아크(arc)가 상기 금속층으로 이동되지 않도록 하기 위하여 상기 금속층은 상기 제1 산화물층의 폭보다 일정 길이만큼 작은 폭을 가지면서 증착되는 것을 특징으로 하는 필름 구조물.
투명필름을 안착시키는 단계;
상기 투명필름의 일면에 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 제1 산화물층을 플라즈마 스퍼터링 방식으로 증착하는 단계;
상기 제1 산화물층의 상면에 플라즈마 스퍼터링 방식으로 금속층을 증착하는 단계; 그리고,
외부 공기에 노출되도록 상기 금속층의 상면에 실리콘 산화물 또는 인듐주석 산화물 중의 하나 이상을 포함하는 제2 산화물층을 플라즈마 스퍼터링 방식으로 증착하는 단계를 포함하는 필름 구조물의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 제2 산화물층을 증착하는 단계에서 상기 제2 산화물층의 두께가 20nm ~ 35nm 가 되도록 스퍼터링 장치의 운전조건이 설정되는 것을 특징으로 하는 필름구조물의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제2 산화물층을 증착하는 단계에서 아크(arc)가 상기 금속층으로 이동되지 않도록 하기 위하여 상기 금속층은 상기 제1 산화물층의 폭보다 일정 길이만큼 작은 폭을 가지면서 증착되는 것을 특징으로 하는 필름 구조물의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 투명필름이 롤투롤 증착장비의 롤러에 의하여 회전하는 동안 상기 제1 산화물층이 증착되는 단계 및 상기 금속층이 증착되는 단계는 하나의 증착챔버 내부에서 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 필름구조물의 제조방법.