KR20150125656A - 코팅을 열처리하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 면(F1) 및 상기 제1 면(F1)에 대향하는 제2 면(F2)을 포함하는 기판(2)의 제1 면(F1)의 적어도 일부분에 적층되는 코팅(1)의 열처리를 위한 방법에 관한 것으로서, 제1 방향(D1)으로 연장하는 레이저 라인(4) 형태로 상기 코팅(1) 상에 포커싱되는 레이저 빔(3)에 의해 상기 코팅을 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 열처리는 상기 제1 방향(D1)을 횡단하는 제2 방향(D2)에서 상기 기판(2)과 상기 레이저 라인(4) 사이에 상대적 변위 이동이 생성되도록 수행되고, 상기 방법은, 상기 기판(2)에 대해 상기 레이저 라인(4)에 대향하는 측면에 배열되는 적어도 하나의 추가적인 가열 수단(6)을 이용하여, 상기 제2 방향(D2)으로 적어도 10 cm의 길이에 걸쳐 상기 레이저 라인(4)과 대향하여 연장하는 추가적인 가열 구역(5) 내에서 적어도 30℃의 온도로 상기 제2 면(F2)을 국소적으로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

코팅을 열처리하기 위한 방법{METHOD FOR HEAT-TREATING A COATING}
본 발명은 레이저 방사선을 이용하여 코팅을 구비한 기판을 열처리하는 것에 관한 것이다.
포커스형 레이저 라인(focused laser lines), 통상적으로는 자외선을 방출하는 엑시머 레이저를 이용하여 기판상에 적층된 (예컨대, 실리콘으로 이루어진) 코팅을 열처리하는 것이 마이크로 전자공학 분야에 공지되어 있다. 이러한 프로세스는 규소의 국소 용융 및 냉각 시 재결정화에 의해 비결정질 규소로부터 다결정질 규소를 획득하는데 공통적으로 사용된다. 종래로부터, 마이크로 전자공학에서 사용되는 기판의 우수한 평탄도, 그러한 기판의 작은 크기 및 이러한 유형의 산업에서 일반적인 산업 환경으로 인해, 기판의 전체를 동질적으로 그리고 최적으로 처리하기 위해 레이저 초점 스폿 내에 기판을 매우 정밀하게 위치 설정하는 것이 가능하다. 느린 처리 속도로 인해, 기판의 변위에 대해 공기-쿠션 테이블 시스템을 사용할 수 있다. 필요하다면, 레이저 초점 스폿에 대한 기판의 위치 설정을 제어하는 것을 가능하게 하는 시스템들이 잠재적인 평탄도 결함 및 저주파수 진동의 존재를 보정할 수 있다. 상기 제어 시스템들은 느린 처리 속도가 이용되는 상태에서 양립가능하다.
레이저 라인 처리는 또한 다양한 산업 용도를 위한 유리 또는 폴리머 유기 기판 상의 층을 열처리하기 위해 고안되었다: 예로서, TiO2계 코팅을 포함하는 자체-클리닝 글레이징(self-cleaning glazing)의 생산, 출원 WO 2010/142926에 기술된 적어도 하나의 실버 층을 포함하는 다중층 스택으로 코팅된 유리 기판을 포함하는 낮은-복사율(low-emissivity) 글레이징의 생산, 또는 출원 WO 2010/139908에 기술된 투명하고 전도성인 (TCO) 얇은 필름을 포함하는 광전지를 위한 대형 기판의 생산을 들 수 있다.
여기서, 산업 및 경제적 상황은 완전히 상이하다. 통상적으로, 처리 대상 기판은, 진출 적층 기계(예컨대, 스퍼터링 적층 기계(sputtering deposition machine)) 상의 산업용 컨베이어 상에서 고속(종종 대략 10 m/분 이상)으로 이동되는, 표면적이 대략 6 * 3 m2이며 그에 따라 평탄도가 (예컨대, ± 1 mm 내에서) 정밀하게 제어될 수 없는 매우 큰 유리 시트일 수 있어서, 이는 진동을 발생시키는 산업 환경에서 중요하게 될 수 있다. 따라서, 레이저의 초점면에 대한 처리 대상 코팅의 각 지점의 위치 설정은 매우 중요할 수 있으며, 이는 큰 처리 이종성(large treatment heterogeneity)을 초래한다. 기판의 고속 이동은 기판의 위치를 기계적으로 제어하기 위해 시스템을 정위치에 배치하는 것을 매우 어렵게 하거나 불가능하게 한다.
본 발명자는 레이저 라인 아래를 통과하는 도중 기판이 제한된 영역에서 약간, 통상적으로는 진행 방향으로 약 10 센티미터 정도 변형되었다는 것을 입증할 수 있었다. 이러한 변형은 매우 작은 경우에도, 예컨대 레이저 라인의 방향으로 수백 마이크로미터 정도인 경우에도, 레이저 초점 스폿에 대해 코팅을 이동시키며, 반송에 의한 평탄도 결함 및 진동을 추가한다. 특정한 과학적 이론에 국한되는 것을 원하는 것은 아니지만, 레이저 라인에 의해 발생된 열은 수십 마이크로미터의 깊이에 걸쳐 기판 내로 확산되고, 발생된 열 구배는 기판의 두께가 작을 때 더욱 큰 굽힘 모멘트를 유도하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 이러한 문제를 극복하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 요지는 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 포함하는 기판의 제1 면의 적어도 일부분 상에 적층된 코팅의 열처리를 위한 공정으로서, 상기 코팅은 제1 방향을 따라 연장하는 레이저 라인의 형태로 상기 코팅상에 포커싱되는 레이저 방사선에 의해 처리되고, 상기 열처리는 상기 제1 방향을 횡단하는 제2 방향에서 상기 기판과 상기 레이저 라인 사이에 상대적 변위 이동이 생성되도록 수행되는, 열처리 공정이며, 상기 제2 면은 상기 기판에 대해 상기 레이저 라인에 대향하는 측면상에 위치되는 적어도 하나의 추가적인 가열 수단의 보조로, 상기 제2 방향을 따라 적어도 10 cm의 길이에 걸쳐 상기 레이저 라인과 대면하여 연장하는 추가적인 가열 구역 내에서 적어도 30℃의 온도로 국소적으로 가열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 요지는 제1 면의 적어도 일부분 상에 코팅을 구비한 기판을 획득하기 위한 공정이며, 상기 공정은 상기 제1 면 상에 상기 코팅을 적층하는 단계와, 이후 상술된 상기 공정에 따른 상기 코팅의 열처리 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 요지는 본 발명에 따른 상기 공정을 구현하기 위한 장치이며, 상기 장치는 적어도 하나의 레이저 소스와, 제1 방향을 따라 연장하는 레이저 라인 형태로, 기판의 제1 면 상에 적층된 코팅 상에 포커싱되는 레이저 방사선을 생성할 수 있는 형성 및 재안내 수단과, 작업 도중 상기 기판과 상기 레이저 라인 사이의 상대적 변위 이동을 생성하기에 적합한 변위 수단과, 상기 기판에 대해 상기 레이저 라인과 대향하는 측면 상에 위치되는 추가적인 가열 수단으로서, 상기 제2 방향을 따라 적어도 10 cm의 길이에 걸쳐 상기 레이저 라인과 대면하여 연장하는 추가적인 가열 구역에 대해 적어도 30℃의 온도로 상기 기판의 제2 면을 국소적으로 가열하기에 적합한 추가적인 가열 수단을 포함한다.
본 발명자는, 레이저 라인의 치수보다 훨씬 큰 치수를 갖지만, 레이저 라인과 대면하는 처리 면에 대향하는 면의 매우 정밀한 구역("추가 가열 구역"으로 지칭됨)에 적절한 추가의 열을 레이저 처리와 동일한 시간에 인가하는 것이 전술된 열기계적 변형을 감소시킬 수 있거나 제거할 수도 있게 하였다는 것을 입증할 수 있었다. 표현 "대면"은 바람직하게는 추가적인 가열 구역이, 레이저 라인을 통과하는 기판에 대한 법선에 의해 통과되거나 적어도 그에 인접하는 것을 의미하는 것으로 이해된다(추가적인 가열 구역의 가장 먼 상류 부분은 이 법선으로부터 최대 수 센티미터, 통상적으로는 5 cm 또는 1 cm에 위치된다). 표현 "추가적인 가열 수단"은 레이저 이외의 가열 수단이 사용되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 가열 수단은 출원 WO 2012/120238에 기술된 바와 같이 기판을 통해 전달되는 레이저 방사선의 일부를 반사함으로써 형성되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은 후속하는 양호한 구성 중 적어도 하나를 가능한 모든 조합에 따라 구비한다:
- 제1 방향(레이저 라인의 방향)은 바람직하게는 제2 방향(변위 방향으로도 지칭됨)에 수직이다.
- 기판과 레이저 라인 사이의 상대적 변위 이동의 속도는 적어도 4 m/분, 특히 5 m/분이며, 6 m/분 또는 7 m/분이거나, 8 m/분 및 9 m/분 또는 10 m/분일 수도 있다.
- 제2 면은 제2 방향(변위 방향)을 따라 적어도 20 cm, 특히 30 cm 및 35 cm의 길이에 걸쳐 레이저 라인과 대면하여 연장하는 추가적인 가열 구역에 대해 국소적으로 가열된다. 이 길이는 최대 80 cm, 특히 60 cm 및 50 cm인 것이 유리하다. 이는 너무 큰 구역을 가열하는 것이 무의미하다는 것이 증명되었기 때문이다.
- 제2 면은 제1 방향을 따르는 레이저 라인의 길이와 동일한 폭에 걸쳐 레이저 라인과 대면하여 연장하는 구역에 대해 국소적으로 가열된다.
- 추가적인 가열 구역은 제1 방향으로 레이저 라인의 길이와 동일한 폭을 가지며, 제2 방향으로 적어도 20 cm, 특히 30 cm 및 35 cm 그리고 최대 80 cm, 특히 60 cm 및 50 cm의 길이를 갖는다.
- 추가적인 가열 구역은 레이저 라인의 하류에 연장된 표면적과 레이저 라인의 상류에 연장된 표면적 사이의 비율이 40:60, 특히 50:50에서 80:20 또는 90:10인 범위 내에 있도록 설정된다. 용어 "하류"는 레이저 라인에 의해 방금 처리된 기판의 구역, 즉 공정 방향으로 레이저 라인 이후에 위치되는 구역을 의미하는 것으로 이해된다. 구체적으로는, 이 구역에서 변형이 가장 크고 가능한 많이 보상되는 것이 바람직하다.
- 레이저 라인의 길이는 적어도 0.8 m 또는 1 m, 특히 2 m 및 3 m이다.
- 레이저 라인의 평균 폭은 적어도 35 마이크로미터이고 특히 40 내지 100 마이크로미터 또는 40 내지 70 마이크로미터인 범위 내에 있다.
- 제2 면은 추가적인 가열 구역 내에서 적어도 40℃ 또는 50℃의 온도로 국소적으로 가열된다.
- 열처리 도중 코팅의 각 지점에 가해지는 최대 온도는 적어도 300℃, 특히 350℃ 또는 400℃ 및 500℃ 또는 600℃이다. 상기 최대 온도는 해당 코팅의 지점이 레이저 라인 아래를 통과할 때 정상적으로 경험된다. 특정의 순간에, 정상적으로는 레이저 라인 아래에 그리고 레이저 라인에 바로 인접하게(예컨대 1 밀리미터 미만 떨어져) 위치되는 코팅의 표면의 지점만이 적어도 300℃의 온도가 된다. 레이저 라인의 하류를 포함하는 2 mm보다 큰, 특히 5 mm인 (제2 방향을 따라 측정된) 레이저 라인까지의 거리에 대해, 코팅의 온도는 정상적으로는 최대 50℃ 및 40℃ 또는 30℃이다.
- 코팅의 각 지점에는 0.05 내지 10 ms, 특히 0.1 내지 5 ms 또는 0.1 내지 2 ms의 범위 내에 있는 시간에 걸쳐 열처리가 가해진다(또는 최대 온도에 도달된다). 이 시간은 레이저 라인의 폭 그리고 기판과 레이저 라인 사이의 상대 변위의 속도 모두에 의해 설정된다.
- 추가적인 가열 구역에서의 기판의 제2 면의 평균 온도(T2)와, 상기 추가적인 가열 구역과 정확히 대향하며 상기 추가적인 가열 구역과 동일한 표면적을 갖는 구역 내의 코팅의 평균 온도(T1) 사이의 상대적 차이(ΔT)(T2 - T1)는 특히 3 내지 5 mm의 두께를 갖는 기판에 대해 적어도 0℃, 특히 +5℃이거나 +10℃ 또는 +15℃이다. 상대적 차이(ΔT)는 특히 1 mm 내지 3 mm의 두께를 갖는 기판에 대해 적어도 +15℃, 특히 +20℃이거나 또는 +30℃인 것이 유리하다. 상대적 차이(ΔT)는 +100℃, 특히 +50℃인 것이 유리하다. 통상적으로, 상기 온도는 산술 평균을 수립하기 위해 제2 면 또는 코팅의 다양한 지점, 예컨대 5 또는 10 지점에서 적외선 카메라를 이용하여 측정된다. 통상적으로, 30℃의 평균 온도(T1)에 대해, 제2 면의 온도(T2)는 적어도 38℃ 또는 40℃가 될 것이다.
해당의 또는 각각의 추가적인 가열 수단은 복사 가열 수단, 대류 가열 수단, 전도 가열 수단 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
복사 가열 수단 중에는, 적외 복사 가열 수단, 예컨대 적외 램프가 특히 고려될 수 있다.
대류 가열 수단 중에는, 고온 가스, 통상적으로는 고온 공기를 송풍하는 노즐이 고려될 수 있다.
전도 가열 수단 중에는, 기판의 제2 면과 접촉하게 되는 고온 표면, 예컨대, 가열된 롤러가 고려될 수 있다. 롤러는 다양한 기술, 예컨대 줄 효과(Joule effect)에 의해 가열될 수 있거나, 또는 기판을 통해 전달되는 레이저 방사선에 의해, 따라서 보충의 에너지 입력 없이 가열될 수 있다. 또한, 고온 표면은, 기판의 제2 면 상에 적층되고 레이저 방사선에 의해 간접적으로 가열되며 예컨대 그래파이트로 이루어진 코팅, 통상적으로는 흡수성 코팅일 수 있다. 이를 수행하기 위해, 기판을 통해 전달되는 레이저 방사선의 일부를 분산 반사하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 대체로 사실상 수평인 기판은 해당의 또는 각각의 레이저 라인과 대면하는 컨베이어 상에서 이동하고, 해당의 또는 각각의 레이저 라인은 변위 방향(제2 방향)에 사실상 수직한 제1 방향을 따라 고정 및 위치 설정된다. 해당의 또는 각각의 레이저 라인은 기판의 위 및/또는 아래 위치 설정될 수 있다. 추가적인 가열 수단은 기판에 대해 레이저 라인과 대향하는 측면 상에 자체적으로 위치 설정된다. 통상적으로, 레이저 라인은 기판 위에 위치 설정되고 추가적인 가열 수단은 기판 아래 위치 설정된다.
물론 다른 실시예도 가능하다. 예컨대, 기판은 고정될 수 있으며, 해당의 또는 각각의 레이저 라인 및 추가적인 가열 수단은 특히 적어도 하나의 이동 갠트리의 보조 하에서 기판과 대면하여 이동될 수 있다. 해당의 또는 각각의 레이저 라인은 또한 변위 방향에 대해 수직하지 않고 임의의 가능한 각도를 따라 비스듬하게 위치 설정될 수 있다. 기판은 또한 수평이 아니라 수직이거나 또는 임의의 가능한 배향을 따르는 평면 위에 배치될 수 있다.
레이저 방사선은 하나 이상의 레이저 소스 및 형성 및 재안내 광학부를 포함하는 모듈에 의해 발생되는 것이 바람직하다.
레이저 소스는 통상적으로 레이저 다이오드 또는 섬유 또는 디스크 레이저이다. 레이저 다이오드는, 작은 공간 요구 조건에 대해 전기적 공급 출력에 관한 높은 출력 밀도를 경제적으로 획득하는 것을 가능하게 한다. 섬유 레이저의 공간 요구 조건은 더욱 작으며, 얻어지는 선형 출력 밀도는 더 높을 수 있지만 비용이 더 커진다.
레이저 소스로부터 기인한 방사선은 연속적인 것이 바람직하다.
해당의 또는 각각의 레이저 라인의 방사선의 파장은 800 내지 1100 nm, 특히 800 내지 1000 nm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 808 nm, 880 nm, 915 nm, 940 nm 또는 980 nm로부터 선택된 파장을 방출하는 고출력 레이저 다이오드가 특히 적합하다는 것이 증명되었다.
형성 및 재안내 광학부는 렌즈 및 미러를 포함하는 것이 바람직하며, 방사선을 위치 설정, 균질화 및 포커싱하기 위한 수단으로 사용된다.
위치 설정 수단의 목적은 적절한 경우에 라인을 따라 레이저 소스에 의해 방출된 방사선을 배열하는 것이다. 바람직하게는, 위치 설정 수단은 미러를 포함한다. 균질화 수단의 목적은 라인 전체를 따라 균질의 선형 출력 밀도를 획득하기 위해 레이저 소스의 공간적 프로파일을 중첩하는 것이다. 바람직하게는, 균질화 수단은 보조 빔으로의 입사 빔의 분리 및 균질 라인으로의 상기 보조 빔의 재조합을 가능하게 하는 렌즈를 포함한다. 방사선-포커싱 수단은 원하는 길이 및 폭의 라인 형태로, 처리될 코팅 상에 방사선을 포커싱할 수 있게 한다. 바람직하게는, 상기 포커싱 수단은 수렴 렌즈를 포함한다.
단일 레이저 라인이 사용될 때, 상기 라인의 길이는 기판의 폭과 동일한 것이 유리하다. 이 길이는 통상적으로 적어도 1 m, 특히 2 m이고 3 m일 수도 있다. 또한, 분리되었거나 또는 분리되지 않았지만 기판의 전체 폭을 처리하도록 위치되는 여러 개의 라인을 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, 각 레이저 라인의 길이는 적어도 10 cm 또는 20 cm, 특히 30 내지 100 cm, 특히 30 내지 75 cm 또는 30 내지 60 cm인 범위 내인 것이 바람직하다.
용어 상기 라인의 "길이"는 제1 방향으로 코팅의 표면 상에서 측정된 상기 라인의 가장 넓은 치수를 의미하는 것으로 이해되며, 용어 "폭"은 제2 방향으로의 치수를 의미하는 것으로 이해된다. 레이저 분야에서 통상적인 바와 같이, 상기 라인의 폭(w)은, 방사선의 세기가 최대 세기의 1/e2 배와 동일한 지점과 (방사선의 세기가 최대인) 상기 빔의 축 사이의 (제2 방향을 따르는) 거리에 대응한다. 레이저 라인의 종방향 축이 x를 의미하는 경우, w(x)로 지칭되는, 이 축을 따른 폭 분포를 규정하는 것이 가능하다.
상기한 또는 각각의 레이저 라인의 평균 폭은 적어도 35 마이크로미터, 특히 40 내지 100 마이크로미터 또는 40 내지 70 마이크로미터 범위 내이다. 본원 전반에 걸쳐, 용어 "평균"은 수학적 평균을 의미하는 것으로 이해된다. 상기 라인의 전체에 걸쳐, 폭 분포는 임의의 처리 이종성을 방지하기 위해 협소하다. 따라서, 가장 넓은 폭과 가장 작은 폭 사이의 차이는 평균 폭 값의 최대 10%인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이 수치는 최대 5%이며, 최대 3%일 수도 있다.
형성 및 재안내 광학부, 특히 위치 설정 수단은 수동으로 조절될 수 있거나 또는 위치 설정을 원격으로 조절할 수 있게 하는 액추에이터의 도움으로 조절될 수 있다. 이런 액추에이터(통상적으로 압전성 모터 또는 블록)는 수동으로 제어될 수 있으며 및/또는 자동으로 조절될 수 있다. 후자의 경우에, 바람직하게는 상기 액추에이터는 검출기 및 피드백 루프에 연결될 수 있다.
레이저 모듈의 적어도 일부 또는 전부는, 열 안정성을 보장하기 위해, 유리하게는 냉각되고 특히 환기되는 누설 밀봉 박스 내에 배열되는 것이 바람직하다.
레이저 모듈은 통상적으로 알루미늄으로 이루어진 금속 요소에 기초하여, "브리지"로 지칭되는 강성 구조 상에 장착되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 구조는 마블 판(marble slab)을 포함하지 않는다. 브리지는 해당의 또는 각각의 레이저 라인의 초점 평면이 처리되는 기판의 표면에 평행하게 남도록 반송 수단에 평행하게 위치되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 브리지는 적어도 4개의 족부를 포함하는데, 이들의 높이는 모든 환경에서 평행한 위치 설정을 보장하기 위해 개별적으로 조절될 수 있다. 상기 조절은 거리 센서와 함께 수동 또는 자동으로 각 족부에 위치된 모터에 의해 제공될 수 있다. 브리지의 높이는 처리되는 기판의 두께를 고려하기 위해 그리고 그에 따라 기판의 평면이 해당의 또는 각각의 레이저 라인의 초점 평면과 일치하는 것을 보장하기 위해, (수동 또는 자동으로) 맞춰질 수 있다.
바람직하게는, 레이저 라인의 선형 출력 밀도는 적어도 300 W/cm, 유리하게는 350 or 400 W/cm, 특히 450 W/cm 또는 500 W/cm이고 550 W/cm일 수도 있다. 상기 출력 밀도는 적어도 600 W/cm, 특히 800 W/cm 또는 1000 W/cm인 것이 유리할 수도 있다. 선형 출력 밀도는 해당의 또는 각각의 레이저 라인이 코팅 상에 포커싱되는 장소에서 측정된다. 이는 상기 라인을 따라 출력 검출기, 예컨대 특히 업체 Coherent Inc.의 Beam Finder S/N 2000716 출력 계측기와 같은 열량 측정식 출력 계측기(calorimetric power meter)를 배치함으로써 측정될 수 있다. 유리하게는, 출력은 해당의 또는 각각의 라인의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 분포된다. 바람직하게는, 가장 높은 출력과 가장 낮은 출력 사이의 차이는 평균 출력의 10% 미만과 동일하다.
코팅에 제공되는 에너지 밀도는 적어도 20 J/cm2이거나, 또는 30 J/cm2일 수도 있다.
레이저 방사선은 처리되는 코팅에 의해 부분적으로 반사되고 부분적으로 기판을 통과한다. 안전상의 이유로, 이러한 반사된 및/또는 통과된 방사선의 경로 내에 방사선-정지 수단을 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 방사선-정지 수단은 통상적으로 유체, 특히 물의 순환에 의해 냉각되는 금속 박스일 것이다. 반사된 방사선이 레이저 모듈에 손상을 주는 것을 방지하기 위해, 해당의 또는 각각의 레이저 라인의 전파 축은 바람직하게는 기판에 대한 법선과 영이 아닌 각도, 통상적으로는 5°와 20°사이의 각도를 형성한다.
상기 처리의 효과를 향상시키기 위해, 상기 기판을 통해 전달되고 및/또는 상기 코팅에 의해 반사되는 (주) 레이저 방사선의 적어도 일부가 상기 기판의 방향으로 재안내되어 적어도 하나의 보조 레이저 방사선을 형성하는 것이 바람직한데, 상기 보조 레이저 방사선은 바람직하게는 주 레이저 방사선과 동일한 위치에서 유리하게는 동일한 초점 깊이 및 동일한 프로파일로 상기 기판을 충격한다. 유리하게는, 해당의 또는 각각의 보조 레이저 방사선의 형성은 미러, 프리즘 및 렌즈, 특히 2개의 미러 및 하나의 렌즈로 구성되거나 하나의 프리즘 및 하나의 렌즈로 구성된 광학 조립체로부터 선택된 광학 요소들만을 포함하는 하나의 광학 조립체를 사용한다. 손실된 상기 주 방사선의 적어도 일부만을 회수하여 기판을 향해 재안내함으로써, 열처리가 상당히 향상될 수 있다. 기판을 통해 전달된 주 방사선의 일부의 사용("전달" 모드) 또는 코팅에 의해 반사된 주 방사선의 일부의 사용("반사" 모드)을 선택하는 것 또는 선택적으로 이 둘 모두의 사용을 선택하는 것은 층의 성질 및 레이저 방사선의 파장에 따라 결정된다.
기판은 특히 병진 이동하고 있을 때, 임의의 기계적 반송 수단을 이용하여, 예컨대 병진 진행하는 트레이, 롤러 또는 벨트를 이용하여 이동될 수 있다. 반송 시스템으로 인해, 진행 속도를 제어 및 규제하는 것이 가능하다. 반송 시스템은 바람직하게는 강성 섀시 및 복수의 롤러를 포함한다. 롤러의 피치는 50 내지 300 mm의 범위 내인 것이 유리하다. 롤러는 플라스틱 포장으로 덮힌, 통상적으로 금속으로 이루어진 금속 링을 포함할 수 있다. 롤러는 통상적으로 베어링 당 3개의 롤러의 비율로 틈새가 감소된 상태로 베어링 상에 장착되는 것이 바람직하다. 반송 평면의 완벽한 평탄도를 보장하기 위해, 롤러 각각의 위치 설정이 조절되는 것이 유리하다. 롤러는 적어도 하나의 모터에 의해 구동되는 피니언 또는 체인, 바람직하게는 접선형 체인(tangential chain)을 이용하여 이동되는 것이 바람직하다.
기판과 해당의 또는 각각의 레이저 라인 사이의 상대적인 변위 이동의 속도는 적어도 4 m/분, 특히 5 m/분인 것이 바람직하며, 6 m/분 또는 7 m/분일 수 있거나, 또는 8 m/분이나 9 m/분 또는 10 m/분일 수도 있다. 특정 실시예에 따르면, 특히 레이저의 길이에서의 코팅의 흡수가 높을 때 또는 코팅이 높은 적층 비율로 적층될 수 있을 때, 기판과 해당의 또는 각각의 레이저 라인 사이의 상대 변위 이동의 속도는 적어도 12 m/분 또는 15 m/분이며, 특히 20 m/분이고 25 또는 30 m/분일 수도 있다. 최대한 균질인 처리를 보장하기 위해, 기판과 해당의 또는 각각의 레이저 라인 사이의 상대적 변위 이동의 속도는 상대적인 항목에서 정상 값에 비해 최대 10%, 특히 2%까지 그리고 1%까지도 처리 도중 변경된다.
본 발명에 따른 열처리 장치는 층 적층 라인(layer deposition line), 예컨대 마그네트론 스퍼터링 적층 라인(magnetron sputtering deposition line)(마그네트론 공정) 또는 화학적 증착(CVD) 라인, 특히 진공 하에서의 플라즈마-강화 화학적 증착(PECVD) 또는 대기압 하에서의 플라즈마-강화 화학적 증착(AP-PECVD) 라인에 합체될 수 있다. 일반적으로, 상기 라인은 기판 취급 장치, 적층 유닛, 광학적 제어 장치 및 적재(stacking) 장치를 포함한다. 예컨대, 기판은 각 장치 또는 각 유닛을 지나서 연속적으로 반송 롤러 상에서 진행한다.
본 발명에 따른 열처리 장치는 코팅 적층 유닛 바로 뒤에, 예컨대 적층 유닛의 출구에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 코팅된 기판은 적층 유닛의 출구 및 광학 제어 장치 전에서 또는 광학 제어 장치 뒤와 기판 적재 장치 앞에서 코팅이 적층된 후에 직렬식으로 처리될 수 있다.
열처리 장치는 또한 적층 유닛에 합체될 수 있다. 예컨대, 레이저는 스퍼터링 적층 유닛의 챔버 중 하나로, 특히 분위기가 희박한, 구체적으로는 10-6 mbar와 10-2 mbar 사이의 압력의 챔버 내로 도입될 수 있다. 열처리 장치는 또한 적층 유닛 외부에 배치될 수 있지만, 상기 유닛 내부에 위치된 기판을 처리하도록 배치될 수 있다. 이를 위해는, 사용되는 방사선의 파장이 투과될 수 있는 윈도우를 제공하는 것이면 충분한데, 레이저 방사선이 상기 층을 처리하기 위해 이 윈도우를 통과한다. 따라서, 동일 유닛 내에서 다른 층의 후속하는 적층 이전에 하나의 층(예컨대, 실버 층)을 처리하는 것이 가능하다.
열처리 장치가 적층 유닛 외부에 위치되거나 또는 적층 유닛에 합체되는지에 상관없이, 이러한 "직렬식" 공정은 적층 단계와 열처리 사이에 유리 기판을 적재할 필요가 있게 되는, 오프라인 작업을 포함하는 공정에 바람직하다.
하지만, 오프라인 작업을 포함하는 공정은 본 발명에 다른 열처리가 적층이 수행되는 위치가 아닌 다른 장소, 예컨대 유리의 변환(conversion)이 발생하는 위치에서 수행되는 경우에 장점을 가질 수 있다. 따라서, 열처리는 층 적층 라인과 다른 라인에 합체될 수 있다. 예컨대, 다중 글레이징 (특히 이중 또는 삼중 글레이징) 제조 라인 또는 라미네이트식 글레이징 제조 라인에 합체될 수 있거나 또는 만곡 및/또는 템퍼링 글레이징 제조 라인에 합체될 수 있다. 라미네이트식 또는 만곡 또는 템퍼링 글레이징은 건물 글레이징 또는 자동차 글레이징 모두에서 사용될 수 있다. 다양한 경우에서, 본 발명에 따른 열처리는, 다중 글레이징 또는 라미네이트식 글레이징이 생성되기 전에 수행되는 것이 바람직하다. 하지만, 열처리는 이중 글레이징 또는 라미네이트식 글레이징이 생성된 후에 수행될 수도 있다.
열처리 장치는 레이저 방사선과의 어떠한 접촉도 방지함으로써 사람을 보호할 수 있게 하며 특히 기판, 광학부 또는 처리 구역의 어떠한 오염도 방지할 수 있게 하는 폐쇄 챔버 내에 위치되는 것이 바람직하다.
다중 층 스택은 임의 유형의 공정, 특히 주로 비결정질이거나 단결정질인 층을 생성하는 공정, 예컨대 마그네트론 스퍼터링 공정과 같은 스퍼터링 공정, 플라즈마-강화 화학적 증착(PECVD) 공정, 진공 증발 공정 또는 솔-겔 공정에 의해 기판 상에 적층될 수 있다.
바람직하게는, 다중 층 스택은 스퍼터링, 특히 마그네트론 스퍼터링에 의해 적층된다.
단순화를 더욱 크게 하기 위해, 다중층 스택의 열처리는 공기 중 및/또는 대기압에서 수행된다. 하지만, 다중층 스택의 열처리는 예컨대 후속 적층 전에 실제 진공 적층 챔버 내에서 수행되는 것도 가능하다.
기판은 유리 또는 유리-세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판은 투명하거나 무색이거나(따라서 기판은 선명 또는 초선명 유리이다(clear or extra-clear glass)) 또는 예컨대, 청색, 회색, 녹색 또는 청동색과 같은 색상을 띄다. 상기 유리는 소다-석회-규산염(soda-lime-silica) 타입인 것이 바람직하지만, 붕규산염 타입 또는 알루미노-붕규산염(alumino-borosilicate) 타입의 유리일 수도 있다. 기판은 1 m 이상이거나 2 m 그리고 3 m일 수도 있는 적어도 하나의 치수를 갖는 것이 유리하다. 기판의 두께는 일반적으로 0.1 mm와 19 mm 사이에서, 바람직하게는 0.7 mm와 9 mm, 특히 1 mm와 6 mm 사이에서 변경되거나 2 mm와 4 mm 사이에서 변경될 수도 있다. 기판 두께가 작을 때 기판의 변형은 더욱 커지기 때문에, 본 발명에 따른 공정은, 그 두께가 0.1 mm 내지 4 mm, 특히 0.5 mm 내지 3 mm의 범위 내인 기판에 특히 적합하다.
유리 기판은 플로트 유리 타입, 즉 용융된 주석의 바스("플로트" 바스) 상에 용융된 유리를 붓는 단계를 포함하는 공정에 의해 얻어질 수 있는 플로트 유리 타입인 것이 바람직하다. 이 경우, 처리 대상 코팅은 기판의 "분위기"측 상에서와 같이 "주석" 측 상에 동일하게 적층될 수 있다. 용어 "분위기" 및 "주석" 측은 플로트 바스 내에 퍼져있는 분위기와 그리고 용융된 주석과 각각 접촉된 기판의 측면을 의미하는 것으로 이해된다. 주석 측은 유리의 구조 내로 확산된 주석의 작은 겉보기 양(small superficial amount)을 포함한다. 상기 유리 기판은 또한 2개의 롤 사이에서의 압연(rolling)에 의해 얻어질 수도 있는데, 이 기술로 인해 특히 상기 유리의 표면 상에 패턴을 각인하는 것이 가능해진다.
바람직하게는, 상기 기판은 제2 면 상에 코팅을 담지하지 않는다.
바람직하게는, 열처리는 특히 결정질 상의 양 및/또는 결정의 크기를 증가시킴으로써 코팅의 결정질화를 향상시키려고 의도된다. 또한, 열처리는 선택적으로 특정한 결정질 상의 성장을 촉진함으로써 산소 내의 아화학양론적인 금속 산화물 또는 금속의 층을 산화하기 위해 의도될 수 있다.
바람직하게는, 열처리 단계는 코팅의 용융을 수행하지 않으며 부분 용융도 수행하지 않는다. 열처리가 코팅의 결정화를 향상시키기 위해 의도된 경우, 열처리는 고체 상을 유지하면서 코팅 내에 이미 존재하고 있는 핵 주변의 결정질의 성장의 물리화학적 메카니즘에 의해 코팅의 결정질화를 촉진하기에 충분한 에너지를 제공할 수 있게 한다. 이러한 처리는 용융된 재료로부터 시작하는 냉각에 의한 결정질화의 메커니즘을 이용하지 않는데, 이는 그것이 한편으로는 매우 높은 온도를 요구할 것이며 다른 한편으로는 코팅의 굴절률 또는 두께를 변형할 수 있어서, 예컨대 광학적 외관(optical appearance)을 변경함으로서 그 특성을 변경할 수 있을 것이기 때문이다.
본 발명에 따른 열처리는 레이저의 파장에서 약한 흡수성을 갖는 코팅의 열처리에 특히 적합하다. 레이저의 파장에서 코팅의 흡수율은 적어도 5%, 특히 10%인 것이 바람직하다. 이는 유리하게는 최대 90%, 특히 80% 또는 70%, 또는 60% 또는 50%이며, 40% 또는 30%일 수도 있다.
양호하게는, 상기 처리된 코팅은 (특히 실버 또는 몰리브덴을 기초로 하거나 실버 또는 몰리브덴으로 구성된) 금속층, 티타늄 산화물 층 및 투명한 전기 전도성 층으로부터 선택된 얇은 층을 포함한다.
투명한 전기 전도성 층은 통상적으로 혼합된 인듐 주석 산화물("ITOs"로 지칭됨), 혼합된 인듐 아연 산화물("IZOs"로 지칭됨), 갈륨-도핑 또는 알루미늄-도핑아연 산화물, 니오븀-도핑 티타늄 산화물, 카트뮴 또는 아연 주석산염, 또는 플루오린 및/또는 안티모니로 도핑된 주석 산화물을 기초로 한다. 이러한 다양항 층들은 투명하면서도 전도성이거나 반전도성인 층의 독특한 특성을 가지며, 2개의 특성이 요구되는 많은 시스템(액정 디스플레이(LCDs), 태양 또는 광전 수집기(photovoltaic collectors), 통전 변색 또는 전기 루미네선스 디바이스(특히, LEDs, OLEDs) 등) 내에서 사용된다. 요구되는 시트 저항(sheet resistance)에 의해 일반적으로 유도되는 이들의 두께는 통상적으로 50 내지 1000 nm(경계치 포함)이다.
예컨대, 금속성 실버를 기초로 하지만 금속성 몰리브덴 또는 금속성 니오븀을 기초로 할 수도 있는 얇은 금속성 층은 전기 전도성 및 적외 방사선 반사 특성을 가지며, 따라서 태양-제어 글레이징, 특히 (입사 태양 에너지의 양을 감소시킬 목적을 갖는) 태양-보호 글래이징 또는 (건물 또는 차량의 외부로 소산되는 에너지의 양을 감소시킬 목적을 갖는) 낮은 복사율 글레이징에 사용된다. 그 물리적 두께는 통상적으로 4 nm와 20 nm 사이(경계치 포함)이다. 낮은 복사율 다중층 스택은 종종 여러 개의 실버 층, 통상적으로는 2개 또는 3개의 층을 포함한다. 해당의 또는 각각의 실버 층은 대체로 부식으로부터 상기 층을 보호하고 반사에 있어서 코팅의 외관을 조절할 수 있게 하는 유전체 층에 의해 둘러싸인다. 몰리브덴은 종종 CuInxGa1-xSe2(x는 0에서 1까지 변경됨)을 기초로 하는 광전지를 위한 전극 재료로 사용된다. 본 발명에 따른 처리로 인해, 그 저항성을 감소시킬 수 있다. 티타늄과 같은 다른 금속이 특히 산화를 목적으로 하여 티타늄 산화물 층을 얻기 위해 본 발명에 따라 처리될 수도 있다.
처리 대상 코팅이 낮은 복사율 다중층 스택일 때, 기판으로부터 시작하여 적어도 하나의 제1 유전체 층, 적어도 하나의 실버 층, 선택적인 상위차단부(overblocker) 층을 포함하는 제1 코팅과, 적어도 하나의 제2 유전체 층을 포함하는 제2 코팅을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 해당의 또는 각각의 실버 층의 물리적 두께는 6 nm와 20 nm사이이다.
상위차단부 층은 후속 층의 적층 도중(예컨대, 상기 후속층이 산화 또는 질화 분위기 내에서 적층되는 경우) 그리고 템퍼링 또는 만곡 타입의 선택적 열처리 도중 실버 층을 보호하기 위해 의도된다.
또한, 실버 층은 하위차단부(underblocker) 층 상에 그리고 하위차단부 층과 접촉하여 적층될 수 있다. 따라서, 다중층 스택은 해당의 또는 각각의 실버 층의 측면에 위치되는 하위차단부 층 및/또는 상위차단부 층을 포함할 수 있다.
차단부(하위차단부 및/또는 상위차단부) 층은 대체로 니켈, 크로뮴, 티타늄 또는 이러한 다양한 금속의 합금으로부터 선택된 금속을 기초로 한다. 특히 니켈-티타늄 합금(특히, 각 금속을 약 50 중량% 함유함) 및 니켈-크로뮴 합금(특히, 80 중량%의 니켈과 20 중량%의 크로뮴을 함유함)이 거론될 수 있다. 또한, 상위차단부 층은 여러 개의 중첩 층, 예컨대 기판으로부터 멀어짐에 따라, 티타늄 층과 이후 니켈 합금(특히, 니켈-크로뮴 합금) 층으로 구성되거나 그 반대로 구성될 수 있다. 또한, 기술된 다양한 금속 또는 합금은 부분적으로 산화될 수 있으며, 산소 내에서 특히 아화학양론적(substoichiometric)일 수 있다(예컨대, TiOx 또는 NiCrOx).
이들 차단부(하위차단부 및/또는 상위차단부) 층은 매우 얇아서, 정상적으로는 1 nm 미만의 두께를 가지며, 그로 인해 상기 다중층 스택의 광 전달에 영향을 미치지 못하고, 본 발명에 따른 열처리 도중 부분적으로 산화될 수 있다. 일반적으로, 차단부 층은 분위기로부터 또는 기판으로부터 유입되는 산소를 포착할 수 있어서, 실버층이 산화하는 것을 방지할 수 있는 희생층이다.
제1 및/또는 제2 유전체 층은 통상적으로 산화물(특히 주석 산화물)이거나, 또는 바람직하게는 질화물, 특히 규소 질화물(특히, 제2 유전체 층의 경우에 기판으로부터 가장 먼 층)이다. 일반적으로, 규소 질화물은 예컨대, 알루미늄 또는 붕소로 도핑될 수 있어서, 스퍼터링 기술에 의한 적층을 더욱 용이하게 한다. (규소의 양에 대한 원자 퍼센트에 대응하는) 도핑의 정도는 일반적으로 2%를 넘지 않는다. 이러한 유전체 층의 기능은 화학적 또는 기계적 공격으로부터 실버 층을 보호하는 것이며, 유전체 층은 또한 간섭 현상을 통해 다중층 스택의 (특히 반사에 있어서의) 광학적 특성에 영향을 미친다.
제1 코팅은 하나의 유전체 층 또는 통상적으로는 2개 내지 4개인 복수의 유전체 층을 포함할 수 있다. 제2 코팅은 하나의 유전체 층 또는 통상적으로는 2개 내지 3개인 복수의 유전체 층을 포함할 수 있다. 이 유전체 층은 규소 질화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물 또는 이들의 혼합물이나 고용체, 예컨대, 주석 아연 산화물 또는 티타늄 아연 산화물로부터 선택된 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 유전체 층의 물리적 두께 또는 모든 유전체 층의 전체 물리적 두께는 제1 코팅 또는 제2 코팅 모두에서 15 nm와 60 nm 사이, 특히 20 nm와 50 nm 사이인 것이 바람직하다.
바람직하네는 제1 코팅은 실버 층 바로 아래 또는 선택적인 하위차단부 층 아래, 습윤층을 포함하는데, 이 습윤층의 기능은 실버 층의 습윤(wetting) 및 접합을 증가시키는 것이다. 특히, 알루미늄으로 도핑되었을 때 아연 산화물은 이와 관련하여 특히 유리한 것으로 판명되었다.
제1 코팅은 또한 습윤 층 바로 아래, 부분적으로 또는 완전하게 비결정질로 혼합된 산화물인 평활 층(그리고 그에 따라 매우 낮은 거칠기(roughness)를 갖는 평활 층)을 포함할 수 있는데, 그 기능은 우선적인 결정학상 배향에서의 습윤 층의 성장을 촉진하여, 에피택시 현상(epitaxial phenomena)을 통해 실버 결정질화를 촉진하는 것이다. 평활 층은 Sn, Zn, In, Ga 및 Sb로부터 선택된 적어도 2개의 금속의 혼합된 산화물로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 산화물은 안티모니-도핑 인듐 주석 산화물이다.
제1 코팅에서, 습윤 층 또는 선택적인 평활 층은 제1 유전체 층 상에 직접 적층되는 것이 바람직하다. 제1 유전체 층은 기판 상에 직접 적층되는 것이 바람직하다. 다중층 스택의 광학 특성(특히, 반사에 있어서의 외관)을 선택적으로 변경하기 위해, 제1 유전체 층은 대안으로서 다른 산화물 또는 질화물 층, 예컨대 티타늄 산화물 층 상에 적층될 수 있다.
제2 코팅 내에서, 제2 유전체 층은 실버 층 상에, 바람직하게는 상위차단부 상에 직접 적층될 수 있거나 또는 다중층 스택의 광학적 특성을 변경하기 위해 의도된 다른 산화물 또는 질화물 층 상에도 적층될 수 있다. 예컨대, 아연 산화물 층, 특히 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물 층 또는 주석 산화물 층은 상위차단부와 바람직하게는 규소 질화물로 이루어진 제2 유전체 층 사이에 배치될 수 있다. 아연 산화물, 특히 알루미늄-도핑 아연 산화물은 실버와 상위 층 사이의 점착을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명에 따라 처리된 다중층 스택은 적어도 하나의 ZnO/Ag/ZnO 연속체를 포함하는 것이 바람직하다. 아연 산화물은 알루미늄으로 도핑될 수 있다. 하위차단부 층은 실버 층과 후속 층 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상위차단부 층이 실버 층과 상위 층 사이에 배치될 수 있다.
마지막으로, 제2 코팅은 본 기술 분야에서 종종 오버코트로 지칭되는 오버레이어가 위에 장착될 수 있다. 다중층 스택의 이 마지막 층(그에 따라 주위 공기와 접촉하는 층)은 임의의 기계적 공격(스크래치 등) 또는 화학적 공격으로부터 다중층 스택을 보호하기 위해 의도되었다. 이 오버코트는 다중층 스택의 반사에 있어서의 외관을 교란하지 않기 위해 대체로 매우 얇다(그 두께는 통상적으로 1 nm와 5 nm 사이이다). 이는 아화학양론적 형태로 적층된 티타늄 산화물 또는 혼합된 주석 아연 산화물, 특히 안티모니로 도핑된 티타늄 산화물 또는 혼합된 주석 아연 산화물을 기초로 하는 것이 바람직하다.
다중층 스택은 하나 이상의 실버 층, 특히 2개 또는 3개의 실버 층을 포함할 수 있다. 여러 개의 실버 층이 존재할 때, 상술된 일반적인 아키텍처가 반복될 수 있다. 이 경우, 소정의 실버 층에 대한 (그에 따라 이 실버 층 위에 위치되는) 제2 코팅은 다음 실버 층에 대한 제1 코팅과 대체로 일치한다.
티타늄 산화물을 기초로 하는 얇은 층은 자외 방사선의 작용 하에서의 유기 화합물의 감성(degradation) 및 유거수(water runoff)의 작용 하에서 미네랄 오염(mineral soiling)(먼지)의 제거를 촉진함으로써 자체-클리닝의 독특한 특성을 갖는다. 그 물리적 두께는 바람직하게는 2 nm와 50 nm 사이, 특히 5 nm와 20 nm 사이(경계치 포함)인 것이 바람직하다.
상술된 다양한 층들은 그들이 적어도 부분적으로 결정질화된 상태에 있을 때 그들의 개선된 특성들 중 일부를 모색하는 공통된 고유의 특징을 갖는다. 일반적으로, 이러한 층들의 결정질화의 정도(결정질화된 재료의 중량에 있어서 또는 체적에 있어서의 비율), 결정 입자의 크기(또는 X-선 회절 방법에 의해 측정되는 간섭성 회절 분역(coherent diffraction domain)의 크기)을 최대화하는 것이 모색되며, 특정 경우에는 특정한 결정학상 형태를 선호하는 것이 모색된다.
티타늄 산화물의 경우에, 아나타아제 형태로 결정질화된 티타늄 산화물이 유기 화합물의 감성과 관련하여 루틸 또는 브루카이트 형태로 결정질화된 티타늄 산화물 또는 비결정질 산화물보다 훨씬 더 효과적이라는 것은 공지된 사실이다.
높은 결정화 정도와 그에 따라 비결정질 실버의 낮은 잔여 함량을 갖는 실버 층은 대부분 비결정질인 실버 층보다 낮은 복사율 및 낮은 저항률을 갖는다는 것도 공지된 사실이다. 따라서, 이러한 층의 전기 전도율 및 낮은 복사율 특성이 향상된다.
마찬가지로, 전술된 투명한 전도성 층들, 특히 도핑된 아연 산화물, 플루오린-도핑 주석 산화물 또는 주석-도핑 인듐 산화물을 기초로 한 층들은 그들의 결정화 정도가 높을 대 더욱 높은 전기 전도율을 갖는다.
바람직하게는, 코팅이 전도성일 때, 코팅의 시트 저항은 상기 열처리에 의해 적어도 10% 또는 15%만큼 감소되며 20%도 감소될 수 있다. 여기서, 이는 처리 전 시트 저항의 값에 대한 상대적인 감소의 문제이다.
다른 코팅이 본 발명에 따라 처리될 수도 있다. 특히, 예컨대 CuInxGa1 -xSe2(x는 0에서 1까지 변경됨) 타입의 황동광 또는 CdTe에 기초한(또는 이들로 구성된) 코팅이 비제한적으로 고려될 수 있다. 또한, (예컨대, 스크린인쇄에 의한 도핑된) 에나멜 유형의 코팅 또는 (통상적으로 유기 수지 및 안료를 포함하는) 페인트 또는 래커 타입의 코팅이 고려될 수 있다.
본 발명에 따라 얻어진 코팅된 기판은 단독, 다중 또는 라미네이트식 글레이징, 미러 및 유리 벽 덮개로 사용될 수 있다. 코팅이 낮은-복사율 다중층 스택인 경우에 그리고 가스-충진식 공동에 의해 분리된 적어도 2개의 유리 시트를 포함하는 다중 글레이징의 경우에, 상기 가스-충진식 공동과 접촉하는 면, 특히 외부에 대한 면 2(즉, 외부를 향한 면에 대해 대향하는 측면 상에 있는 건물의 외부와 접촉하는 기판의 면) 상에, 또는 면 3(즉, 건물의 외부를 향한 건물의 외부로부터 시작하는 제2 기판의 면) 상에 다중층 스택이 배치되는 것이 바람직하다. 코팅이 광촉매 층인 경우, 이는 면 1에 배치되어, 건물의 외부와 접촉하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 얻어진 코팅된 기판은 또한 광전지 또는 글레이징 또는 태양 패널에 사용될 수 있으며, 본 발명에 따라 처리된 코팅은 예컨대, (특히, CIGS - CuInxGa1-xSe2 - 타입으로서, x가 0에서 1까지 변경되는) 황동광에 기초한 또는 또는 비결정질 및/또는 다결정질 규소에 기초한 또는 CdTe에 기초한 다중층 스택 내의 ZnO:Al 또는 ZnO:Ga에 기초한 전극이다.
또한, 본 발명에 따라 얻어진 코팅된 기판은 LCD(액정 디스플레이), OLED(유기 발광 다이오드) 또는 FED(전계 방사 디스플레이(Field Emission Display)) 타입의 디스플레이 스크린에 사용될 수 있으며, 본 발명에 따라 처리된 코팅은 예컨대, ITO의 전기 전도성 층이다. 코팅된 기판은 통전 변색 글레이징에 사용될 수도 있는데, 본 발명에 따라 처리된 얇은 층은 예컨대, 투명한 전기 전도성 층이며, 이는 출원 FR-A-2 833 107에 교시되어 있다.
본 발명은 도 1 및 후속하는 비제한적인 예시적 실시예를 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 종방향 단면 개략도이다.
기판(2)(통상적으로 유리 또는 유리-세라믹으로 이루어짐) 및 제1 면(F1) 상에 적층된 코팅(1)의 단면이 도 1의 나머지 부분에 비해 매우 확대된 방식으로 도시되는데, 이는 일반적으로 기판(2)의 두께(수 밀리미터) 그리고 코팅(1)의 두께(수십 또는 수백 나노미터)가 추가적인 가열 구역(5)의 길이에 비해 매우 작기 때문이다.
제1 면(F1) 상에 코팅(1)에 제공된 기판(2)은 점선에 의해 도시된 제2 방향(D2)에서 그리고 화살표로 도시된 방향을 따라 도시되지 않은 변위 수단에 의해 레이저 소스(8) 아래에서 진행하게 된다. 기판(2)은 각각 제1 면 및 제2 면인 2개의 대향(주) 면(F1, F2)을 갖는다.
레이저 소스(8)는 방향(D2)에 수직하는 제1 방향(D1)을 따라 연장하는 레이저 라인(4)의 형태로 코팅(1) 상에 포커싱되는 레이저 방사선(3)을 방출한다. (방향(D1)으로) 레이저 라인의 길이는 (이 동일한 방향으로) 기판의 폭과 동일하다.
변위 방향을 고려하면, 레이저 라인(4)의 하류에 위치된 구역은 도면에서 레이저 라인(4)을 통과하는 면(F1)에 대한 법선의 좌측에 위치되는 구역에 대응한다. 이 구역은 레이저 라인(4)에 의해 이미 처리된 코팅(1)의 부분에 대응한다. 상기 법선의 우측에 위치된 부분은 아직 처리되지 않았다.
추가적인 가열 수단(6)(예컨대, 적외 램프)은 레이저 라인의 대향 측에 위치 설정되어, 두 방향(D1, D2) 모두에서 레이저 라인(4)과 대면하여 연장하는 구역(5)(추가 가열 구역)의 제2 면(F2)을 가열할 수 있게 하는데, 여기서 방향(D2)으로의 길이는 적어도 10 cm, 예컨대 30 또는 40 cm이다.
여기서 추가적인 가열 구역(5)은 레이저 라인의 하류에 연장하는 그 표면적과 레이저 라인의 상류에 연장하는 그 표면적 사이의 비율이 약 65:35가 되게 된다. 즉, 추가적인 가열 구역은 기판이 최고로 변형될 수 있는 레이저 라인의 하류에 위치된 구역에 위치된다.
추가적인 가열 구역(5)와 동일한 표면적을 가지며 추가적인 가열 구역과 정확하게 대향하는 구역(7) 내에서, 평균 온도(T1)를 측정하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 추가적인 가열 구역(5)에서 평균 온도(T2)를 측정하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 온도차(ΔT = T2 - T1)는 적어도 8℃, 예컨대 10℃이다.
예
실버 층을 포함하는 낮은-복사율 다중층 스택은 선명 유리 기판 상에 마그네트론 스퍼터링에 의해 적층되는데, 그 표면적은 600×321 cm2이고, 그 두께는 4 mm이다.
아래 표 1은 nm 단위로 표시된 다중층 스택의 층 각각의 물리적 두께를 나타낸다. 제1 라인은 옥외와 접촉하는, 기판으로부터 가장 먼 층에 대응한다.
ZnSnSbOx 2
Si3N4:Al 43
ZnO:Al 5
Ti 0.5
Ag 15
ZnO:Al 5
TiO2 11
Si3N4:Al 14
아래 표2는 다양한 층에 사용된 적층 파라미터를 요약한다.
층 사용된 대상 적층 압력 가스
Si3N4 92:8 wt%에서의 Si:Al 1.5x10-3 mbar 45%에서의 Ar/(Ar + N2)
TiO2 x가 대략 1.9인 TiOx 1.5x10-3 mbar 95%에서의 Ar/(Ar + O2)
ZnSnSbOx 34:65:1 wt%에서의 SnZn:Sb 2x10-3 mbar 58%에서의 Ar/(Ar + O2)
ZnO:Al 98:2 wt%에서의 Zn:Al 2x10-3 mbar 52%에서의 Ar/(Ar + O2)
Ti Ti 2x10-3 mbar Ar
Ag Ag 2x10-3 mbar 100%에서의 Ar
마그네트론 적층 기계의 출구에서, 다중층 스택이 제공된 스택이 약 10 m/분의 속도로 수평으로 반송되고 변위 방향에 수직하게 위치된 레이저 라인 밑을 통과한다. 상기 라인은 연속 방사선을 방출하는 레이저 다이오드로부터 얻어지는데, 상기 연속 방사선의 파장은 915 nm 또는 980 nm로서 코팅에 포커싱된다. 레이저 라인의 선형 출력 밀도는 400 W/cm이며, 그 평균 폭은 53 마이크로미터이다. 상기 라인은 기판의 폭과 동일한 길이에 걸쳐 연장된다.
이러한 조건 하에서, 약 1.2 mm의 수직 축의 변형 및 그에 따른 레이저 라인의 초점 평면 외부에서의 기판의 변위를 관찰할 수 있는데, 이는 처리에 불리하다.
레이저 라인 주위에서 (변위 방향을 따라) 대략 40 cm 길이의 구역에 대면한 제1 면 상에서 측정된 평균 온도(T1)는 대략 30℃이다. 레이저 라인의 폭 및 반송 속도를 고려하면, 열처리는 대략 1 ms만 유지된다(이는 코팅의 각 지점이 이러한 짧은 시간 동안만 가열되기 때문이다). 따라서, 열은 측방향으로 확산될 시간을 갖지 않으며, 따라서 레이저 주변에 위치된 구역은 근접 거리에서조차 거의 대기 온도이다.
제2 시험에서, (변위 방향으로) 대략 40 cm 길이 그리고 대략 320 cm 폭(기판의 폭)의 구역을 가열하기 위해, 적외 램프가 기판의 제2 면과 대면하여 위치 설정되었다. 추가적인 가열 구역의 표면적의 대략 65%가 레이저 라인의 하류에 위치되었다. InSb 검출기를 구비한 CEDIP JADE 적외 카메라에 의해 측정된, 추가적인 가열 구역 내의 제2 면에서 얻어진 평균 온도(T2)는 40℃였다.
추가적인 가열로 인한 변형은 0.2 mm 이하였다.
따라서, 레이저 라인의 표면적에 비해 훨씬 큰 표면적을 갖는 구역에 포커싱된 적당한 추가적인 가열로 인해, 기판의 변형을 매우 크게 감소시킬 수 있었다.

Claims (15)

  1. 제1 면(F1) 및 상기 제1 면(F1)에 대향하는 제2 면(F2)을 포함하는 기판(2)의 제1 면(F1)의 적어도 일부분에 적층된 코팅(1)의 열처리를 위한 공정으로서, 상기 코팅(1)은 제1 방향(D1)을 따라 연장하는 레이저 라인(4) 형태로 상기 코팅(1) 상에 포커싱되는 레이저 방사선(3)에 의해 처리되고, 상기 열처리는 상기 제1 방향(D1)을 횡단하는 제2 방향(D2)에서 상기 기판(2)과 상기 레이저 라인(4) 사이에 상대적 변위 이동이 생성되도록 수행되는, 열처리 공정에 있어서,
    상기 제2 면(F2)은 상기 기판(2)에 대해 상기 레이저 라인(4)에 대향하는 측면에 위치되는 적어도 하나의 추가적인 가열 수단(6)의 보조로, 상기 제2 방향(D2)을 따라 적어도 10 cm의 길이에 걸쳐 상기 레이저 라인(4)과 대면하여 연장하는 추가적인 가열 구역(5) 내에서 적어도 30℃의 온도로 국소적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  2. 제1항에 있어서, 기판(2)은 유리 또는 유리-세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판(2)은 제2 면(F2) 상에 코팅을 담지하지 않는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 면(F2)은 제2 방향(D2)을 따라 적어도 20 cm, 특히 30 cm의 길이에 걸쳐 레이저 라인(4)과 대면하여 연장하는 추가적인 가열 구역(5)에 대해 국소적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 면(F2)은 추가적인 가열 구역(5)에서 적어도 40℃, 특히 50℃의 온도로 국소적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 가열 구역(5) 내에서의 기판의 제2 면(F2)의 평균 온도(T2)와, 상기 추가적인 가열 구역(5)과 동일한 표면적을 가지며 상기 추가적인 가열 구역(5)과 정확히 대향하는 구역(7) 내에서의 코팅(1)의 평균 온도(T1) 사이의 상대적 차이 ΔT(T2 - T1)는 적어도 0℃, 특히 +5℃인 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 라인(4)의 길이는 적어도 0.8 m, 특히 1 m인 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 라인(4)의 평균 폭은 적어도 35 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 해당의 또는 각각의 추가적인 가열 수단(6)은 복사 가열 수단, 대류 가열 수단, 전도 가열 수단 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  10. 제9항에 있어서, 해당의 또는 각각의 추가적인 가열 수단(6)은 대류 가열 수단, 특히 고온 가스를 송풍하는 노즐인 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  11. 제9항에 있어서, 해당의 또는 각각의 추가적인 가열 수단(6)은 적외 램프인 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅(1)은 특히, 실버 또는 몰리브덴에 기초한 금속층, 티타늄 산화물 층 및 투명한 전기 전도성 층으로부터 선택된 적어도 하나의 얇은 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 열처리 도중 코팅(1)의 각 지점에 가해지는 최대 온도는 적어도 300℃, 특히 400℃인 것을 특징으로 하는 열처리 공정.
  14. 제1 면(F1)의 적어도 일부분 상에 코팅(1)을 구비한 기판(2)을 획득하기 위한 공정이며, 상기 제1 면(F1) 상에 상기 코팅(1)을 적층하는 단계와, 후속하여 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 열처리 공정에 따라 상기 코팅(1)을 열처리하는 단계를 포함하는 기판 획득 공정.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 열처리 공정을 실행하기 위한 장치이며,
    적어도 하나의 레이저 소스(8)와,
    제1 방향(D1)을 따라 연장하는 레이저 라인(4)의 형태로 기판(2)의 제1 면(F1) 상에 적층된 코팅(1) 상에 포커싱되는 레이저 방사선(3)을 생성할 수 있는 형성 및 재안내 수단과,
    작업 도중 상기 레이저 라인(1)과 상기 기판(2) 사이의 상대적 변위 이동을 생성하기에 적합한 변위 수단과,
    상기 기판(2)에 대해 상기 레이저 라인(4)과 대향하는 측면에 위치되는 추가적인 가열 수단(6)으로서, 상기 제2 방향(D2)을 따라 적어도 10 cm의 길이에 걸쳐 상기 레이저 라인(4)과 대면하여 연장하는 추가적인 가열 구역(5)에 대해 적어도 30℃의 온도로 상기 기판(2)의 제2 면(F2)을 국소적으로 가열하기에 적합한, 추가적인 가열 수단(6)을 포함하는 열처리 공정을 실행하기 위한 장치.
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