KR20160040509A - 고정식 및 휴대용 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

고정식 및 휴대용 코팅 장치 및 방법 Download PDF

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KR20160040509A
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시머스 커랜
니겔 앨리
강시양 리아오
암리타 할다르
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유니버시티 오브 휴스턴
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Abstract

코팅을 증착하는 시스템 및 방법은 코팅 화학물질 반응로, 표면 활성화 컴포넌트 및 증착 컴포넌트를 포함할 수 있다. 타겟 표면이 표면 활성화 컴포넌트에 의한 증착을 위해 준비될 수 있다. 코팅 화학물질 반응로는 코팅 화학물질 분배기 및 코팅 화학물질 검증기를 포함하고 증착용 코팅 화학물질을 준비한다. 코팅 화학물질 검증기는 광학 여자원과 적어도 하나의 광 검출기를 사용할 수 있고, 화학 물질은 이진 코드로 구성된 독특한 시그너처로 식별된다. 코팅 화학물질은 타겟 표면에 코팅 화학물질을 증착하기 위해 증착 컴포넌트에 의해 수용될 수 있다.

Description

고정식 및 휴대용 코팅 장치 및 방법{FIXED AND PORTABLE COATING APPARATUSES AND METHODS}
관련 출원
이 출원은 2013년 6월 11일자 출원된 미국 가특허 출원 제61/833,578호를 우선권 주장하며, 이 우선권 출원은 인용에 의해 본원에 통합된다.
연방 지원 연구에 관한 성명서
본 발명은 미국방성의 해군 연구소(Office of Naval Research)로부터의 허가 번호 DD-N000141110069로 정부 지원하에 이루어진 것이다. 정부는 본 발명에 대하여 소정의 권리를 갖는다.
발명의 분야
본 발명은 표면 활성화 및 화학물질 검증을 제공하는 장치에 의한 증착을 비롯해서 코팅을 증착하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
각종의 원하는 특성 및 효과를 달성하기 위한 물질의 처리 및 물질의 증착이 알려져 있다. 예를 들면, 전극용의 금속/금속 합금을 증착하기 위해서 또는 전자부품용의 반도체를 증착하기 위해서 열 증발 또는 전자빔 증발 기술을 사용할 수 있다. 고진공을 사용하면 증기 입자가 목표물(기재(substrate))로 직접 이동할 수 있고, 이 증기 입자들은 고체 상태로 다시 응축된다. 스퍼터링은 타겟을 강한 입자(energetic particle)(예를 들면, Ar 플라즈마)로 충돌시킴으로써 고체 타겟 물질로부터 원자들이 방출되게 하는 공정이다. 화학 기상 증착(CVD) 및 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD 또는 OMVPE 또는 MOVPE)은 고순도, 고성능 고체 물질을 생산하기 위해 사용하는 다른 공정이다.
그러나, 많은 증착 공정들(전술한 공정들을 포함함)은 단일 타스크만을 수행할 수 있을 뿐이고 정교한 장비가 필요할 수 있다. 2개 이상의 물질을 처리 및/또는 증착하는 것과 같은 복잡한 다기능 코팅을 생산하는 것은 전술한 증착 공정으로 쉽게 달성될 수 없고, 복수의 단계 또는 추가의 복잡성을 필요로 한다. 개선된 코팅 공정을 위한 장치 및 방법이 여기에서 설명된다. 이러한 장치 및 방법은 코팅의 기본적인 성질 및 휴대성을 유지하면서 복잡한 다기능 코팅을 생산하기에 적합할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 코팅 시스템은 코팅 화학물질 반응로, 표면 활성화 컴포넌트 및 증착 컴포넌트를 포함할 수 있다. 타겟 표면은 표면 활성화 컴포넌트에 의한 증착을 위해 준비될 수 있다. 표면 활성화는 오존, 산소, 과산화수소, 할로겐, 기타의 반응성 산화종, 또는 이들의 조합과의 반응에 의해 달성될 수 있다. 표면 활성화의 목적은 표면상의 분자들을 공유결합으로 결합하기 위해 강한 반응성 표면을 생성하기 위한 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화는 강한 자외선 광에 의해 발생된 오존 플라즈마에 의해 달성될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 표면 활성화는 플라즈마 처리에 의해 달성될 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 표면 활성화는 코로나 방전, 화염(flame) 또는 플라즈마를 이용한 오존 발생에 의해 달성될 수 있다.
코팅 화학물질 반응로는 기재에 코팅될 화학물질을 분배하는 코팅 화학물질 분배기 및 증착용 코팅 화학물질을 준비하고 그 품질을 제어하는 코팅 화학물질 검증기를 포함할 수 있다. 코팅 화학물질 검증기는 광학 여자원과 적어도 하나의 광 검출기를 사용할 수 있고, 화학 물질은 이진 코드로 구성된 독특한 시그너처로 식별된다. 코팅 화학물질은 타겟 표면에 코팅 화학물질을 증착하기 위해 증착 컴포넌트에 의해 수용될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 기재는 기재 내 또는 기재상의 흡수재에 코팅 분자가 공유결합되도록 먼저 프라이머와 같은 기본재(base material)를 흡수할 수 있다.
전술한 사항은 이하의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 각종 특징을 폭넓게 개략적으로 설명한 것이다. 발명의 추가적인 특징 및 장점은 이하에서 설명한다.
본 발명 및 그 장점의 더 완전한 이해를 위해서, 발명의 특정 실시형태를 나타내는 첨부 도면과 함께 이하의 설명을 참조하기로 한다.
도 1은 코팅 장치 및 증착 챔버의 실시형태를 보인 도이다.
도 2는 코팅 장치 및 결합형의 표면 활성화 및 증착 챔버의 실시형태를 보인 도이다.
도 3은 코팅 화학물질 분배기 및 코팅 화학물질 검증 장치를 포함한 코팅 화학물질 반응로의 제1 부분을 구성하는 실시형태를 보인 도이다.
도 4는 특정 화학물질이 독특한 시그너처로 표시되도록 광학 스펙트럼이 디지털화되는 법의 실시형태를 보인 그래픽 도이다.
도 5는 코팅 화학물질 반응로의 제2 부분을 처리하는 실시형태를 보인 도이다.
도 6a-6d는 물질/응용 특유의 전달 장치에 부착된 코팅 화학물질 반응로에서의 처리의 실시형태를 보인 도이다.
도 7a-7b는 표면 활성화 및 증착 처리의 실시형태를 보인 도이다.
도 8은 오존 발생기에 기초한 표면 활성화 장치의 실시형태를 보인 도이다.
도 9는 자동화 시스템에서 가능한, 타겟 표면과 관련한 처리 헤드의 움직임의 실시형태를 보인 도이다.
도 10은 처리 헤드 시스템의 전자 제어의 레이아웃의 실시형태를 보인 도이다.
도 11a-11d는 주요 용액 처리 시스템의 실시형태를 보인 도이다.
이제, 도시된 요소들이 반드시 정확한 축척으로 작도된 것이 아니고 동일하거나 유사한 요소들을 수 개의 도면을 통하여 동일한 참조번호로 표시한 도면을 참조하기로 한다.
일반적으로 도면을 참조함에 있어서, 예시된 것들은 발명의 특정 구현예를 설명하기 위한 것이고 발명을 그 특정 구현예로 제한하기 위한 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 여기에서 사용하는 대부분의 용어들이 당업자에게 인식 가능한 것이지만, 명시적으로 정의되지 않는 한 용어들은 당업자에게 현재 용인되는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 한다.
전술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시적이고 설명만을 위한 것이며, 청구되는 발명을 제한하는 것이 아니라는 점을 이해하여야 한다. 이 명세서에서, 단수 형태의 용어 사용은 복수형을 포함하고, 다른 방식으로 구체적으로 설명되지 않는 한, 용어 "하나"는 "적어도 하나"를 의미하고, "또는"의 용어 사용은 "및/또는"을 의미한다. 또한, 용어 "포함하는" 뿐만 아니라 "포함한다" 및 "포함된"과 같은 다른 형태의 용어 사용은 한정하는 의미가 아니다. 또한 "요소" 또는 "컴포넌트" 등의 용어는 구체적으로 다르게 설명하지 않는 한 하나의 유닛을 포함한 요소 또는 컴포넌트뿐만 아니라 2개 이상의 유닛을 포함한 요소 또는 컴포넌트를 모두 포괄한다.
개선된 코팅 시스템 및 방법이 여기에서 설명된다. 이 시스템 및 방법은 단순성 및 휴대성을 유지하면서 복잡한 다기능 코팅(비제한적인 예로서 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic), 소유성(oleophobic) 또는 친유성(oleophilic), 양성소수성(amphiphobic) 또는 양친매성(amphiphilic), 위조방지성, UV 저항성, 반사방지성, 내연마성, 내열성, 난연성, 정전기 방지성, 항균성/항진균성 및 내부식성 등을 포함함)을 생산하는데 적합할 수 있다. 여기에서 설명하는 코팅 시스템 및 방법은 올인원(All-In-One, AIO) 시스템이라고 부를 수 있다.
여기에서 설명하는 AIO 시스템 및 방법은 코팅 등으로서 고상, 액상 또는 기상의 각종 유기물, 무기물 또는 혼성물계를 증착하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 결과적인 코팅은 타겟 표면에서 두께가 약 1nm~1mm의 범위일 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 소수성, 친수성, 소유성, 친유성, 양친매성 및/또는 양성소수성인 자기 세정 코팅을 포괄할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 비제한적인 예를 들자면 화학적 서명 태그(signature tag) 또는 형광/인광 마커를 포함한 위조 방지 방책에 또한 적용될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 UV 저항성을 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 반사 방지성을 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 내연마성을 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 내열성 또는 난연성을 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 정전기 방지성 또는 전기적 특성을 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 항균성/항진균성을 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 코팅의 응용은 내부식성을 개선할 수 있다.
도 1은 코팅 장치 및 증착 챔버의 실시형태를 보인 것이다. 코팅 장치는 코팅 화학물질 반응로(1), 처리 가스 공급원(2), 표면 활성화 장치(3), 표면 활성화 장치 가스 공급원(4), 배기 또는 진공 장치(5), 가열 요소(6), NaOH, CaO 또는 NaHCO3 중성화 필터(7) 및/또는 활성탄 필터(8)를 포함할 수 있다. 각종 부착 및 접속이 증착 챔버(9)에 대하여 행하여진다. 코팅 화학물질 반응로(1)는 비제한적인 예를 들자면 캐리어 가스 유량, 코팅 화학물질 농도, 공급 선로 압력, 시스템 온도 등을 포함해서, 증착 챔버(9)에 도입되는 코팅 화학물질의 처리 파라미터를 조절한다.
코팅 화학물질 반응로(1)는 증착 챔버(9)에 결합되고 원하는 코팅을 증착하는데 필요한 원하는 화학물질을 공급할 수 있다. 코팅 화학물질 반응로(1)는 원하는 코팅을 증착하는데 필요한 원하는 화학물질의 양을 정밀하게 제공하고 증착 처리를 위한 반응성 화학물질을 발생하는 분배기(dispenser); 및 코팅 화학물질 농도의 정밀한 품질 제어 및 검증을 제공하는 화학물질 검증기(verifier)를 제공할 수 있다. 처리 가스 공급원(2)은 코팅 화학물질 반응로(1), 가열 요소(6) 및 증착 챔버(9)에 결합되고 원하는 코팅을 증착하기 위해 코팅 화학물질 반응로(1)에 필요한 화학물질 및/또는 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 상기 필요한 화학물질 및/또는 캐리어 가스는 코팅 화학물질 반응로(1)에 또는 가열 요소(6) 및 증착 챔버(9)에 공급될 수 있다. 코팅 화학물질 반응로(1) 및 처리 가스 공급원(2)으로부터 증착 챔버로의 출력은 하나 이상의 밸브에 의해 조절될 수 있다. 코팅 화학물질 또는 처리 가스의 비제한적인 예는 플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSiX4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSiX4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 알킬실란의 일반식 [CH3(CH2)a]bSiX4 -b(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 알콕시플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSi[알콕시]4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; 알콕시기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 이들의 조합임); 알콕시알킬실란의 일반식 [CH3(CH2)a]b]Si[알콕시]4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; 알콕시기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 이들의 조합임)을 가진 화학물질을 포함할 수 있다. 가열 요소(6)는 캐리어 가스의 온도를 조절하기 위해 사용된다. 가열 요소의 온도는 약 실온(25°)으로부터 1000°까지의 범위일 수 있다.
표면 활성화 장치(3)는 필요한 경우에 예를 들면 기재의 표면을 산화시킴으로써 코팅의 결합을 개선하기 위해 기재의 활성화를 제공한다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화 장치(3)는 표면 활성화 중에 기재를 수용하는 챔버를 제공하고, 기재는 표면 활성화 후에 원하는 코팅을 증착하기 위해 증착 챔버(9)로 이동될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화 장치(3)는 증착 챔버(9)에 또는 표면 활성화 장치 가스 공급원(4)에 또는 이들 둘 다에 결합될 수 있다. 표면 활성화 장치 가스 공급원(4)은 필요할 때 기재의 표면을 활성화하기 위한 표면 활성화 가스를 공급하기 위해 사용된다. 기재의 표면 활성화는 오존, 산소, 과산화수소, 할로겐, 기타 반응성 산화종, 또는 이들의 조합과의 반응에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화 장치 가스 공급원(4)은 여기에서 설명하는 임의의 다른 처리를 위한 가스를 공급하기 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 표면 활성화 장치 가스 공급원(4)은 코팅 화학물질 반응로(1)로부터 도출된 코팅 화학물질에 대한 캐리어 가스를 또한 공급할 수 있다. 표면 활성화 장치 가스 공급원(4) 및 표면 활성화 장치(3)로부터 증착 챔버(9)로 공급되는 가스의 흐름은 밸브에 의해 조절될 수 있다. 증착 챔버(9)에 결합된 배기 또는 진공 장치(5)는 예를 들면 증착 챔버(9)로부터 원치않는 가스를 제거함으로써 증착 챔버(9) 내의 환경을 조절하기 위해 사용된다. 배기 장치(5)는 온보드 전자장치에 의해 제어될 수 있다. 배기 장치(5)와 증착 챔버(9) 사이에 밸브가 제공될 수 있다. 중성화 필터(7)와 활성탄 필터(8)는 표면 활성화 또는 증착 공정 중에 발생될 수 있는 임의의 해로운 화학적 부산물을 중성화 또는 제거하기 위해 사용된다. 일부 실시형태에 있어서, 중성화 필터(7)는 NaOH, CaO, NaHCO3 또는 이들의 조합을 필터링하는데 적합한 필터일 수 있다.
도 1에 도시된 제1의 AIO 시스템은 원하는 응용 필요조건, 타겟 표면적 또는 기하학적 구조에까지 확장 가능한 휴대용 장치로서 실현될 수 있다. 이 장치는 임의 위치의 현장에서 사용될 수 있고 온도 조절, 압력 조절 및 환경 가스 처리와 같은 주문제작 가능한 처리 파라미터를 통합한다.
도 2는 결합형의 표면 활성화 및 증착 챔버(10)를 제공하는 코팅 장치의 실시형태를 보인 도이다. 도 1에서 설명한 실시형태에서와 같이, 도 2의 코팅 장치는 코팅 화학물질 반응로(1), 처리 가스 공급원(2), 표면 활성화 장치 가스 공급원(4), 배기 또는 진공 장치(5), 가열 요소(6), 중성화 필터(7) 및/또는 활성탄 필터(8)를 포함할 수 있고, 이들은 각각 전술한 것과 동일한 목적으로 소용된다. 결합형의 표면 활성화 및 증착 챔버(10)는 표면 활성화 및 원하는 코팅의 증착이 동일한 챔버에서 발생하게 하여 표면 활성화 및 증착 중에 기재를 다른 챔버로부터 이송할 필요성을 제거하기 제공될 수 있다. 도 1에서 설명한 부착 및 접속과 유사한 각종 부착 및 접속이 결합형의 표면 활성화 및 증착 챔버(10)와 코팅 화학물질 반응로(1), 처리 가스 공급원(2), 표면 활성화 장치 가스 공급원(4) 및 배기 장치(5) 사이에서 행하여진다. 이러한 부착 및 접속 사이에는 접속을 개방, 폐쇄 또는 통제하기 위해 하나 이상의 밸브가 제공될 수 있다.
도 1과는 대조적으로, 표면 활성화 장치(예를 들면, 도 7-10)의 컴포넌트들은 도 2의 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)에 의해 제공된다. 만일 표면 활성화가 요구되면, 표면 활성화 장치 가스 공급원(4)은 기재에 대한 코팅의 결합을 개선하기 위해 필요한 화학물질을 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 표면 활성화 가스는 오존, 산소, 과산화수소, 할로겐, 기타 반응성 산화종, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이어서, 원하는 코팅의 증착이 전술한 바와 같이 코팅 화학물질 반응로(1)로부터 기재에 코팅되도록 화학물질을 공급함으로써 수행될 수 있다. 원하는 코팅의 증착은 도 2의 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)에서 도 1과 관련하여 설명한 것과 동일한 방식으로 발생할 수 있다. 코팅 화학물질 반응로(1)는 비제한적인 예를 들자면 캐리어 가스 유량, 코팅 화학물질 농도, 공급 선로 압력, 시스템 온도 등을 포함해서, 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)에 도입되는 코팅 화학물질의 처리 파라미터를 조절한다.
도 2의 제2의 AIO 시스템은 큰 체적의 인라인 처리/타겟 표면의 스루풋을 가능하게 하는 원하는 응용 필요조건/타겟 표면적 또는 기하학적 구조에까지 확장 가능한 고정식, 반영구적/영구적 설치(installation)로서 실현될 수 있다.
도 3은 코팅 화학물질 분배기 및 코팅 화학물질 검증 장치를 포함한 코팅 화학물질 반응로의 제1 부분을 구성하는 실시형태를 보인 도이다. 원하는 코팅 화학물질은 화학물질 저장 카트리지(320)에 저장된다. 코팅 화학물질의 증착 챔버 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(예를 들면, 도 1 또는 도 2)에의 도입은 조절형 처리이어야 한다. 이것은 타겟 표면 크기에 따라서 수많은 타겟 표면에 코팅 화학물질 처리액을 공급하기 위해 사용될 수 있는 재사용 가능한 화학물질 저장 카트리지(320)의 개발에 의해 달성된다. 화학물질 저장 카트리지(320)는 정확한 화학물질 카트리지가 주문 설계형 화학물질 검증 장치를 통한 원하는 코팅 응용을 위해 제자리에 있는지를 확인하는 코팅 장치 유닛의 리셉터클에 설치된다. 코팅 화학물질 저장 카트리지(320) 또는 적당한 금속 용기(canister)가 액추에이터(310)와 화학물질 분배기(330) 사이에 삽입된다. 2개의 광학 창(360-1, 360-2)을 가진 챔버(335)가 화학물질 저장 카트리지(320)와 분배기(330) 사이에 배치되고 코팅 화학물질 검증을 위해 사용된다. 액추에이터(310)는 코팅 화학물질 반응로에 분배되는 화학물질 처리액의 양을 조절한다(추가적인 세부에 대해서는 도 5를 참조한다).
코팅 화학물질 검증 장치는 광학 여자원(340)과 하나 이상의 광검출기(350-1, 350-2)를 포함한다. 비록 이 실시형태에서는 단일의 여자원이 도시되어 있지만, 다른 실시형태에서는 각 여자원의 공명 시그너처(resonant signature) 및 여자된 분자의 응답에 따라서 특정 파장 범위의 여자원을 구비한 하나 이상의 다른 광학 헤드를 사용할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시형태에 있어서, 다른 광학 헤드의 수는 2개 또는 3개일 수 있다. 코팅 화학물질의 품질 제어 및 확인은 온보드 전자장치에 의해 측정된다. 예를 들면, 품질 제어 및 확인은 어느 하나의 CCD 헤드로부터 계수하는 픽실레이션(pixilation)을 이용하거나 또는 광학 필터 및 실리콘 검출기를 이용하여 정상화 강도 윤곽을 시험하고 각 광학 필터 장벽과 비교할 때의 상대적 강도에 의존할 수 있다. 화학물질 저장 카트리지(320)의 삽입에 의해 활성화된 때, 코팅 화학물질 검증 장치는 화학물질 저장 카트리지 다음에 위치된 광학 창(360-1)으로 광학 여자원(340)의 출력을 통과시킨다. 화학물질 저장 카트리지(320) 내의 특정 분자들은 광학 여자원(340)에 의해 여자된다. 특유의 공명 시그너처가 그 샘플에 대한 특정 여자원에 의해 결정된다. 예를 들면, 소정 파장의 자외선(UV) 및 결과적인 형광 또는 인광에 의해 여자된 샘플들은 분자들이 그 다음에 적외선(IR) 소스에 의해 여자된 때 다른 응답을 가질 수 있다. 구체적으로, 분자들의 혼합물이 자외선 및 적외선 소스에 의해 동시에 여자될 때, 일부 분자들은 자외선에 반응하여 소정 파장의 눈에 보이는 형광 또는 인광을 방출하고, 다른 분자(반스토크스(anti-stokes) 분자)들은 적외선에 반응하여 눈에 보이지만 다른 파장의 형광 또는 인광을 방출한다. 광 검출기(350-1, 350-2)는 화학물질 저장 카트리지(320) 뒤에 위치된 광학 창(360-1, 360-2)을 통한 특정 분자로부터의 방출 에너지의 광 흡수도 및/또는 강도를 확인할 수 있다. 획득된 광학 윤곽은 코팅 화학물질 농도의 변화에 기인하는 측정치의 임의의 작은 변화를 없애기 위해 관측된 최대치로 정상화될 수 있다. 코팅 화학물질 검증 장치는 화학물질 처리액의 품질을 보증하고 임의의 오염물 또는 외래 화학물질의 존재를 검증하기 위해 화학물질 처리액의 구성을 계속하여 감시한다. 만일 화학물질 처리액의 구성이 코팅 화학물질 검증 장치에 의해 규정된 미리 설정된 시그너처와 일치하지 않으면, 분배기(330)가 잠금되고 사용을 금지한다. 일부 실시형태에 있어서, 이것은 코팅 화학물질 검증 장치가 액추에이터(310)를 조정하여 만일 가능하다면 원하는 화학물질 농도를 따르는데 필요한 화학물질을 분배할 수 있게 한다. 다른 실시형태에 있어서, 챔버(335)는 부정확한 농도를 가진 화학물질 또는 불순물을 제거하기 위해 비워질 수 있다. 따라서, 이 기술은 광범위한 화학물질 농도에 적용할 수 있다.
코팅 화학물질 검증 장치가 광 검출에 반응하는 분자 및 자계에 민감한 분자를 내포하고 여자시 특정 자계에 반응하는 경우에 자기-광학 검출이 또한 가능하다. 예를 들면, 이것은 구성 형태에 있어서, 그러나 박막의 방식으로 2가지의 상이한 물질의 아말감일 수 있다. 상관성은 광원으로부터 특정 펄스를 갖고 광학 물질의 시분해 감쇠(time resolved decay)를 관측함으로써 작용하고, 형광/인광의 분광 시험을 또한 포함할 수 있다. 탄소 니켈 화합물과 같은 작은 자성 분자들은 인광/형광 폴리머와 혼합될 수 있고, 결과적인 혼합물은 자기적으로 여자되거나 및/또는 자계에 반응할 수 있다. 대안적으로, 형광/인 분자들은 특정 정보를 내포하는 자기 스트립 위에 배치될 수 있고(활성 '스마트' 기재로서 작용함), 이때 인광/형광 분자들의 박막이 상부에 놓인다. 그 다음에, 자기막이 특정의 자기 응답을 얻기 위해 펄스되고, 그 응답에 따라서 광학 시스템이 감쇠 신호의 얼마나 많은 전력 및 특정 클러킹 시간이 기대되는지에 관한 정보를 수신할 것이다. 이러한 광학적 펄싱은 그 다음에 양측의 신호가 소정의 결과를 갖도록, 및 검출 및 결과적으로 시스템의 동작이 이들 신호에 의존하도록 상관된다.
도 4는 하나 이상의 특정 화학물질이 독특한 시그너처에 의해 표시되도록 광학 스펙트럼이 디지털화되는 법의 실시형태를 보인 그래픽 도이다. 광학 스펙트럼은 특정 화학물질이 행렬로 또는 일련의 연쇄상 문자열로 이진수에 의해 구성된 독특한 시그너처에 의해 표시되도록 디지털화될 수 있다. 광검출기에 의해 기록된 정보는 측정된 특수 광학 윤곽을 완전하게 묘사하는 이진 코드의 형태로 맵 및 표시될 수 있다. 이것은 광학 윤곽 또는 전형적인 분광 도표를 격자 패턴으로 나눔으로써 간단히 규정될 수 있고, 이때 해상도는 사용되는 칩의 가용 메모리에 의해 결정된다. 광검출기에 의해 측정된 강도 대 에너지(또는 파장)를 따르는 곡선 위에 그 대부분의 영역을 가진 임의의 격자 방안(grid square)은 '0'이 주어진다. 광검출기에 의해 측정된 강도 대 에너지(또는 파장)를 따르는 곡선 아래에 그 대부분의 영역을 가진 임의의 격자 방안은 '1'이 주어진다. 격자는 그 다음에 가용 메모리에 의해 허용 가능한 해상도에 의해 규정되는 특정 수의 행과 열을 가진 행렬로서 표시될 수 있다. 측정된 행렬을 원하는 코팅을 증착하기 위해 필요한 농도에 대응하는 소정의 행렬과 비교함으로써, 정확한 화학물질 및/또는 농도가 사용되는지 또는 코팅 장치 유닛에 삽입되는지를 검증할 수 있다.
코팅 화학물질 반응로는 비제한적인 예를 들자면 캐리어 가스 유량, 코팅 화학물질 농도, 공급 선로 압력, 시스템 온도 등을 포함해서, 증착 챔버 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버에 도입되는 코팅 화학물질의 처리 파라미터를 조절한다.
일부 실시형태에 있어서, 코팅 화학물질 반응로는 기재의 원하는 부분으로 코팅 화학물질을 더 정밀하게 전달하기 위해 사용되는 물질 또는 응용 특유의 전달 장치에 부착될 수 있다. 이것은 코팅 화학물질 반응로에 접속된 노즐들의 어레이의 구현으로 달성될 수 있다. 노즐들은 코팅 화학물질을 분산시키기 위해 10-6 내지 101의 크기 범위로 된 개구들을 가질 수 있다. 이 구성은 코팅 화학물질이 더 깊은 더 균일한 응용을 달성하기 위해 직물 기재의 조밀한 섬유들 내에 능동적으로 위치 또는 배치될 수 있게 한다. 이것은 또한 브러시 롤러, 카드, 플레이트, 압축 가스 또는 다른 적당한 보조물의 도움으로 구부리기, 굴리기, 압축하기 및 늘리기와 같은 기재의 조작과 함께 수행될 수 있다.
일부 특수 기재에 있어서, 흡수성 분자(가끔은 프라이머라고 부름)의 처리가 일부 코팅 처리를 위해 필요할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 코팅 시스템은 프라이머 층을 형성하기 위해 표면상에서 또는 그 구조물 내에서 흡수하도록 기재의 흡수성 분자들을 전달하게끔 설계될 수 있다. 코팅 분자들은 이어서 프라이머 층에 또는 프라이머/기재 계면에 증기 증착 또는 용액 증착될 수 있고, 이것에 의해 공유 링커(covalent linker)를 제공한다. 흡수되는 프라이머 분자는 코팅의 증착 전에 교차 결합 구조를 형성하도록 열처리되고, 이것은 기재와 프라이머 층 사이에 퍼머 링커(firmer linker)를 제공한다.
도 5는 코팅 화학물질 반응로의 제2 부분의 처리의 실시형태를 보인 도이다. 코팅 화학물질 반응로의 제2 부분은 증착 챔버 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버에서 화학적 처리를 시행하기 위한 반응성 화학 증기를 발생할 수 있다. 반응성 화학물질로 구성된 코팅 화학물질 처리액은 (예를 들면, 도 3의 코팅 화학물질 분배기로부터의) 분배기(510)에 의해 가열 요소(520)에 주입된다. 비제한적인 예를 들자면 반응성 화학물질과 섞일 수 있는 무극성 지방족(예를 들면, 헥산) 또는 방향족(예를 들면, 톨루엔) 화합물과 같은 화학물질 처리액에 용매가 포함될 수 있다. 가열 요소의 온도는 약 실온(25℃)으로부터 1000℃까지의 동작 범위를 가질 수 있다. 반응성 화학물질이 기화되면, 화학물질 증기는 입구(530)로부터 출구(540)로의 캐리어 가스 흐름에 의해 증착 챔버 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버로 운반된다. 캐리어 가스는 순수 형태 또는 수소(H2), 헬륨(He) 등의 희가스, 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar), 할로겐(예를 들면, F2 및 Cl2), 이산화탄소(CO2), 탄화수소(메탄, 에탄, 프로판 및 에틸렌), 압축 건식 공기(20% O2와 80% N2의 혼합물) 등의 혼합물로 구성될 수 있다. 표면 활성화는 오존 또는 다른 반응성 산화종과 반응함으로써 타겟 표면을 활성화할 수 있다. 표면 활성화는 또한 상호작용이 발생하여 타겟 표면이 반응성 상태로 적절히 변환되도록 액상, 기상 또는 고상의 화학종을 도입함으로써 발생할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화는 코로나 방전 부근에서 오존 발생을 통해 실행될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화는 표면 활성화 장치(도 1의 표면 활성화 장치(3) 참조)에서 발생할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 표면 활성화는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(도 2의 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10) 참조)에서 발생할 수 있다.
도 6a-6d는 물질/응용 특유의 전달 장치에 부착된 코팅 화학물질 반응로의 처리의 실시형태를 보인 도이다. 도 6a는 증기가 직물 내로 더 깊이 침투할 수 있도록 곡률 반경(약 1mm~5m의 범위)을 주기 위해 컨베이어 롤러(610)에 의해 보조되는 증기실(605)의 사용을 표시한다. 직물(615)의 구부림은 물질로의 더 깊은 증기 접근을 향상시킬 수 있다. 도 6b는 증기에 노출하기 전에 직물 섬유를 분리하여 증기가 직물에 더 깊이 침투하게 하는 브러시 롤러(630)에 의해 보조되는 직물(625) 표면에 지향된 노즐(620)을 통해 증기가 분배되는 것을 표시한다. 도 6c는 증기에 노출하기 전에 직물 섬유를 분리하여 증기가 직물에 더 깊이 침투하게 하는 압축 공기 노즐(645)에 의해 보조되는 직물(640) 표면에 지향된 노즐(635)을 통해 증기가 분배되는 것을 표시한다. 도 6d는 직물에 큰 곡률 반경을 주어서 증기가 직물에 더 깊이 침투하게 하도록 직물(650)을 더 큰 반경의 컨베이어 롤러(655) 위로 당기는 것, 및 증기에 노출하기 전에 직물 섬유를 분리하여 증기가 직물에 더 깊이 침투하게 하는 브러시 롤러(665)에 의해 보조되는 직물(625) 표면에 지향된 노즐(660)을 통해 증기가 분배되는 것을 표시한다. 공정을 통해 직물을 이동시키기 위해 사용되는 롤러/컨베이어 장치는 처리되는 직물에 비례하는 치수를 갖는다.
도 7a-7b는 표면 활성화 및 증착 처리의 실시형태를 보인 도이다. 도시된 챔버는 도 1 및 도 2와 관련하여 위에서 설명한 증착 챔버(9) 또는 결합형 증착 챔버 및 표면 활성화 장치(10)의 예시적인 실시형태이다. 챔버(710)는 비제한적인 예를 들자면 플라스틱, 금속, 세라믹, 나무 또는 이들의 조합을 포함한 강성(예를 들면, 양극 처리된 알루미늄) 또는 가요성 물질(예를 들면, 금속화 폴리에스테르 '마일라')로 구성될 수 있다. 챔버(710)는 증착 챔버 또는 결합형 증착 챔버 및 표면 활성화 챔버로서 소용될 수 있다. 챔버(710)는 고정 치수 및 용량을 가질 수 있고, 또는 타겟 표면의 필요조건에 따라 형상 및 크기를 변경하도록 조정 가능형일 수 있다. 챔버(710)는 비제한적인 예를 들자면 온도, 압력, 체적 등과 같은 엔클로저 내의 국소 환경을 또한 변경할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 챔버(710)는 특수 응용에 의해 요구되는 경우 처리 가스 또는 코팅 화학물질을 수용할 수 있다.
챔버(710) 내측에서의 표면 활성화는 타겟 표면(730) 부근의 강한 자외선 광원(720)에 의해 발생된 오존을 통해 달성될 수 있다. 자외선 광원은 코팅 화학물질로부터 자외선 광원을 보호하기 위해 보호 하우징 및 셔터(740) 장치를 통합할 수 있다. 챔버(710)는 또한 필요할 때 가스가 챔버를 통과하도록 입구(750), 출구(760) 및 밸브(770)를 제공할 수 있다. 표면 활성화 단계에서, 챔버(710)는 기재(730), 자외선 램프(720), 셔터(740) 및 조절 밸브(770)를 배치하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 비제한적인 예로서 순수 형태 또는 수소(H2), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar), 할로겐(F2 및 Cl2), 이산화탄소(CO2), 탄화수소(메탄, 에탄, 프로판 및 에틸렌) 또는 압축 건식 공기(20% O2와 80% N2의 혼합물)의 혼합물과 같은 캐리어 가스가 입구(750)를 통하여 챔버(710) 내로 흐를 수 있다. 오존 발생 효율을 높이기 위해, 자외선 램프 및/또는 표면 활성화 공급 가스를 사용할 수 있다. 표면 활성화 공급 가스의 비제한적인 예로는 산소(O2) 또는 압축 건식 공기(20% O2와 80% N2의 혼합물)가 있다. 표면 활성화 공급 가스는 비제한적인 예를 들자면 오존 및 유리 산소(oxygen radical)와 같은 활성 화학종을 발생하기 위해 사용된다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화 단계 중에, 자외선 램프(720)가 점등되고 셔터(740)가 개방되며 밸브(770)가 닫혀 있는 동안 표면 활성화 공급 가스의 흐름이 챔버(710)를 통과한다. 활성 화학종은 타겟 표면을 활성화시켜 증착 단계 중에 표면 화학 반응을 촉진한다.
도 7b에 도시된 증착 단계 중에, (예를 들면, 도 5의 코팅 화학물질 반응로로부터의) 반응 화학물질을 포함한 캐리어 가스가 입구(750)로부터 출구(760)로 타겟 표면(730) 위에서 챔버(710)를 통과한다. 설명의 목적상, 이러한 챔버(710)는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버라고 한다. 일부 실시형태에 있어서, 표면 활성화 챔버 및 증착 챔버는 결합될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 표면 활성화 장치와 증착 챔버는 분리될 수 있다. 증착 단계 중에, 자외선 램프(720)는 소등되고 셔터(740)는 폐쇄되며 밸브(770)는 개방된다. 이러한 설정은 반응성 화학물질이 자외선 램프(730)의 표면과 반응하는 것을 방지한다. 표면 활성화 장치와 증착 챔버가 분리된 실시형태에서는 자외선 램프(730)와 셔터(740)가 증착 챔버에 없을 수 있다.
도 8 내지 도 10은 표면 활성화 장치의 실시형태를 보인 도이다. 비제한적인 예로서, 표면 활성화는 플라즈마 처리에 의해 달성될 수 있고, 이것에 의해 임의의 적당한 요소를 포함한 플라즈마가 타겟 표면(10)과 접촉된다. 표면 활성화는 코로나 방전 부근에서 오존 발생을 통해 또한 달성될 수 있다. 이것은 유전체(11), 상부 전극(12), 하부 전극(13), 전원(14), 센서(15), 마이크로컨트롤러(16) 및 액추에이터(17)를 제공할 수 있는 이동 가능한 처리 헤드의 통합에 의해 달성될 수 있다. 표면 활성화는 외부 인가 전계(즉, 정전하 대전봉, 점광원 등)에 기인하는 전하의 도입 또는 제거를 통해 달성될 수 있다. 도 8은 냉 플라즈마를 생성하기 위해 코로나 방전을 이용하는 오존 발생기에 기초한 표면 활성화 장치의 실시형태를 보인 것이다. 표면(10)이 전극(12, 13)에 근접해 있을 때, 표면(10)은 표면을 활성화하기 위해 소용되는 고 반응성의 상기 발생된 오존 및 냉 플라즈마에 노출된다. 유리 표면인 경우에, 표면에의 결합이 파괴되어 반응성이 높은 위치(site)를 산출한다. 조절형 코로나 방전은 2개의 전극(12, 13) 사이에 절연체(또는 유전체)(11) 물질을 배치함으로써 얻어진다. 고주파수(약 1,000 ~ 20,000Hz) 및 고전압(약 1000 ~ 30000V)의 교류(AC)가 2개의 전극 및 전원(14)을 이용하여 유전체 양단에 인가된다. 전극의 기하학적 구조를 변경함으로써, 하부 전극(13)이 시스템 내에서 가장 활성화되고 그래서 타겟 기재(10)가 코로나 방전에 노출되어 활성화되도록 하부 전극 아래에 배치되게끔 코로나 방전의 방향/위치를 조절할 수 있다. 상부 전극(12)은 평평한 기하학적 구조를 제공하고, 한편 하부 전극은 대응하는 상부 전극에 의해 덮여지는 영역 전체에 펼쳐지는 폭이 약 0.1mm ~ 1cm 범위인 미세하게 간격진(약 0.1mm ~ 5mm) 많은 선들이 제공된다. 일부 실시형태에 있어서, 유전체(11)는 유리 또는 세라믹으로 선택되고, 세라믹은 깨지지 않고 국부적인 온도 변화에 견디기 때문에 선호된다. 상부 및 하부 전극(12, 13)은 고농도의 오존 환경과 같은 시스템 조건을 견디도록 전형적으로 금속 또는 금속 합금(알루미늄, 구리, 은, 금, 스테인레스강, 니켈 등)으로 제조된다. 더 큰 면적을 활성화하기 위해, 오존 발생기는 적어도 2개의 방향 또는 이동에 의해 전체 타겟 표면에 걸쳐서 이동할 수 있는 라스터 등의 이동 가능한 처리 헤드에 통합될 수 있다.
도 9는 자동화 시스템이 가능하도록 타겟 표면과 관련한 처리 헤드의 움직임의 실시형태를 보인 도이다. 화살표는 처리 헤드의 이동 방향을 표시한다. 처리 헤드는 풀리, 벨트, 구동 휠, 기어, 임의의 다른 적당한 액추에이터, 또는 이들의 조합의 시스템에 부착된 전자 모터에 의해 타겟 표면 전반에 걸쳐 이동될 수 있다. 갠트리(gantry) 시스템 형태의 선형 액추에이터가 또한 이 작업을 위해 통합될 수 있다. 이 시스템은 활성화되는 표면(10)으로부터 처리 헤드의 높이를 피드백 및 제어하기 위해 센서를 또한 구비할 수 있다.
도 10은 처리 헤드 시스템의 전자 제어의 레이아웃의 실시형태를 보인 도이다. 이동 가능한 처리 헤드는 이동 방향이 변경될 때 그 변경을 검출할 수 있는 센서(15)를 구비한다. 센서(15)는 피드백을 마이크로컨트롤러(16)에 제공하고, 마이크로컨트롤러(16)는 그 다음에 적당한 신호를 액추에이터(17)에 제공함으로써 처리 헤드의 다음 이동을 계산한다. 센서(15)는 광학 시스템, 전자 시스템, 기계 기반 시스템 또는 이들의 조합일 수 있다. 마이크로컨트롤러는 컴퓨터 인터페이스를 이용해서 또는 부착된 시각적 기본 인터페이스에 의해 초기에 프로그램될 수 있고, 그 결과 독립적으로 전원이 공급되어 자율 시스템으로서 동작할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 기재는 코팅 장치에서의 코팅 전에 용액 처리를 받을 수 있다. 도 11a-11d는 비제한적인 예를 들자면 카펫 및 직물 산업용으로 설계되는 주요 용액 처리 시스템의 실시형태를 보인 것이다. 도 11a는 카펫 또는 직물(1105)이 처리액(1115)으로 채워진 홈통을 통과하는 용액 처리 시스템의 실시형태를 보인 도이다. 용액(1115)은 증기의 생성을 방지하기 위해 일련의 냉각봉(1120)에 의해 용매의 인화점 이하의 낮은 온도로 유지된다. 도 11c에 확대도로 도시된 바와 같이, 홈통(1110)은 하나 이상의 냉각봉(1120)을 제공한다. 예를 들면, 용액은 에탄올 또는 다른 알콜을 함유하는 용액인 경우에 9℃ 이하로 유지된다. 도 11b에 확대도로 도시된 바와 같이, 공기 취급기(1125)와 파이프(1130)를 포함한 공기/가스 전달 시스템은 차가운 가스 또는 불활성 가스(예를 들면, 질소 또는 아르곤)를 불어넣어서 계면을 차갑게 유지하고 용매 증기의 농도를 감소시키도록 설계된다. 일부 실시형태에 있어서, 파이프(1130)는 카펫(1105)이 처리액에 진입하는 계면에 공기를 불어넣는다. 하나 이상의 접지된 금속 롤러(1135)가 카펫(1105)이 용액(1115)에 진입하기 전에 배치되어 발화를 야기할 수 있는 정전기가 기재에 축적되는 것을 방지한다.
도 11d를 참조하면, 용액 처리 시스템의 챔버는 차가운 온도로 기재를 '적시는' 구획을 내포할 뿐만 아니라, 임의의 잔여 가스 증기 누적을 포착하고 공급원에 다시 추가될 수 있는 용매로 증기를 재응축하는 통풍 시스템을 내포하도록 설계된다. 카펫 롤(A)은 카펫(C)을 홈통(D) 내의 용액 처리액쪽으로 지향시키는 롤러(B) 위에 배치된다. 카펫(C)이 홈통(D)을 빠져나오면 스퀴즈 롤러(E)가 카펫으로부터 임의의 과잉 용액을 쥐어짠다. 챔버는 또한 임의의 잔여 가스 증기를 포착하기 위한 퓸후드(fume hood)(F)와 덕트(G)를 제공할 수 있다. 챔버의 외부에서는 덕트(I)가 잔여 가스 증기를 AC 시스템(H)에 제공하고, AC 시스템(H)은 증기를 용매로 재응축한다. 카펫 취입 도어(J)는 카펫(C)이 챔버 내에 배치되게 한다.
일반적으로 휴대용 코팅 장치는 다음과 같이 동작한다.
ㆍ 특정의 코팅 화학물질 또는 화학물질의 조합이 공급된다. 일부 실시형태에 있어서, 화학물질은 코팅 화학물질 저장 카트리지에 배치될 수 있다.
ㆍ 코팅 화학물질 분배기가 소정 양의 물질을 코팅 화학물질 반응로에 전달하도록 설정된다.
ㆍ 증착 챔버(9) 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)와 관련하여 위에서 설명한 공정들 중 하나에 관한 표면 활성화 장치에 의해 타겟 표면이 처리될 수 있다.
ㆍ 선택적으로, 미가공(raw) 캐리어 가스 또는 다른 배기 가스가 코팅 화학물질의 도입 전에 상기 증착 챔버(9) 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)를 준비(prime)하기 위해 사용될 수 있다.
ㆍ 기상 코팅 화학물질 응용의 경우에는, 코팅 화학물질 증기가 지향성 공급 선로(예를 들면, 화학적으로 고도의 내성이 있는 PTFE)를 따라 원하는 증착 챔버(9) 또는 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)에 캐리어 가스에 의해 운송된다.
ㆍ 상기 공정이 완료되면, 증착 챔버(9)는 코팅 절차를 마치기 위해 다시 비워질 수 있다. 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버(10)의 경우에는 증착 챔버(10)가 타겟 표면의 제거가 가능하도록 역시 다시 비워질 수 있다.
지금까지 공정을 특정의 순서로 설명하였지만, 다른 실시형태에서는 단계들의 순서를 바꾸거나 단계들을 결합할 수 있다.
예시적인 실시예
하기의 실시예는 본 발명의 특정 양태를 설명하기 위해 제공된다. 당업자라면 이어지는 실시예에서 설명하는 방법들은 단순히 발명의 예시적인 실시형태를 나타낸다는 것을 인식할 것이다. 당업자라면, 본 명세서의 설명에 비추어, 여기에서 설명하는 특정 실시형태에 대하여 많은 변화가 이루어질 수 있고 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 동일하거나 유사한 결과를 또한 얻을 수 있다는 것을 인식할 것이다.
하기의 실시예에서, 처리는 유리에서 자기 세정 특성을 나타내는 코팅을 생산하기 위해 코팅 장치를 사용하는 법을 설명한다. 그러나, 당업자라면 여기에서 설명하는 코팅 장치가 유리를 코팅하는 것으로 특별히 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 평면 유리 기재가 먼저 비눗물로 세척되고 탈이온수로 완전하게 씻어진다. 건조 후에, 유리는 16%의 상대 습도 레벨을 가진 실온의 결합형 증착 챔버 및 표면 활성화 장치로 이송된다. 상기 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버 내에서는 유리 표면 부근의 강한 자외선 광원에 의해 발생된 오존 플라즈마에 의해 5~30분 동안 유리 표면이 활성화된다. 무수 헥산 내의 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란의 용액이 코팅 화학물질 분배기 및 코팅 화학물질 검증 장치를 통해 코팅 화학물질 반응로에 도입된다. 반응성 화학물질 증기와 함께 캐리어 가스(압축 공기)가 상기 유리 표면 위로 상기 챔버를 통과한다. 5~30분 후에, 유리를 상기 결합형 증착 챔버 및 표면 활성화 장치로부터 꺼낸다. 처리된 유리는 비눗물로 세척되고 탈이온수로 완전하게 씻어진다. 가시광 범위에서 상기 결과적인 코팅의 투과율은 깨끗한 유리(pristine glass)와 동일하게 유지될 것으로 기대된다(투과율의 차이는 일반적인 자외선-가시광선 분광기의 오차 이하이다). 탈이온수의 0.05mL 앉은 방울(sessile drop)이 상기 코팅 표면을 미끄러져 내려가게 하는 임계각은 약 20°일 것이다.
하기의 실시예에 있어서, 처리는 연마된 알루미늄에서 자기 세정 특성을 나타내는 코팅을 생산하기 위해 코팅 장치를 사용하는 법을 설명한다. 그러나, 당업자라면 여기에서 설명하는 코팅 장치가 알루미늄을 코팅하는 것으로 특별히 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 먼저 알루미늄판의 표면이 반사성을 가질 때까지 평면 알루미늄 판을 연마제를 이용하여 연마한다. 연마된 알루미늄판은 비눗물로 세척되고 탈이온수로 완전하게 씻어진다. 건조 후에, 알루미늄판은 16%의 상대 습도 레벨을 가진 실온의 결합형 증착 챔버 및 표면 활성화 장치로 이송된다. 상기 결합형 표면 활성화 및 증착 챔버 내에서는 유리 표면 부근의 강한 자외선 광원에 의해 발생된 오존 플라즈마에 의해 5~30분 동안 알루미늄 표면이 활성화된다. 무수 헥산 내의 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란의 용액이 코팅 화학물질 분배기 및 코팅 화학물질 검증 장치를 통해 코팅 화학물질 반응로에 도입된다. 반응성 화학물질 증기와 함께 캐리어 가스(압축 공기)가 상기 알루미늄 표면 위로 상기 챔버를 통과한다. 5~30분 후에, 알루미늄판을 상기 결합형 증착 챔버 및 표면 활성화 장치로부터 꺼낸다. 처리된 알루미늄판은 비눗물로 세척되고 탈이온수로 완전하게 씻어진다. 가시광 범위에서 결과적인 코팅의 반사율은 깨끗한 알루미늄과 동일하게 유지될 것으로 기대된다(반사율의 차이는 보통의 눈으로 구별되지 않는다). 탈이온수의 0.05mL 앉은 방울이 상기 코팅 표면을 미끄러져 내려가게 하는 임계각은 약 20°일 것이다.
비록 여기에서 구체적으로 설명한 발명이 코팅으로서 고상, 액상 또는 기상의 각종 유기물, 무기물 또는 혼성물계를 증착하기 위해 사용되는 코팅 장치에 촛점이 맞추어져 있지만, 본 발명 분야의 당업자라면 상기 접근법을 다른 시스템에까지 연장할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
여기에서 설명한 실시형태들은 본 발명의 특정 양태를 예시하기 위해 제공된다. 당업자라면 여기에서 설명한 실시형태들은 단순히 발명의 예시적인 실시형태를 나타낸다는 것을 인식할 것이다. 당업자라면, 본 명세서의 설명에 비추어, 여기에서 설명하는 특정 실시형태에 대하여 많은 변화가 이루어질 수 있고 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 동일하거나 유사한 결과를 또한 얻을 수 있다는 것을 인식할 것이다. 전술한 설명으로부터, 당업자라면 본 발명의 본질적인 특징을 쉽게 확인할 수 있을 것이고, 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 발명을 각종 용도 및 조건에 적응시키기 위한 각종 변경 및 수정을 행할 수 있을 것이다. 전술한 실시형태들은 단지 예시하는 것이고, 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims (40)

  1. 코팅 증착 장치에 있어서,
    기재를 수용하는 제1 챔버와;
    상기 제1 챔버에 결합되고, 상기 기재의 표면과 반응하여 상기 표면을 효과적으로(energetically) 반응시키는 오존, 산소, 과산화수소, 할로겐 또는 다른 산화종을 발생하는 표면 활성화기(surface activator)와;
    상기 기재를 원하는 코팅으로 코팅하기 위해 사용되는 화학물질을 공급하는 처리 가스 공급원과;
    상기 처리 가스 공급원에 결합되어 코팅 화학물질을 준비하는 코팅 반응로를 포함하고,
    상기 코팅 반응로는 코팅 화학물질을 공급하는 분배기 및 상기 기재에 공급된 상기 코팅 화학물질을 확인하는(validate) 화학물질 검증기를 구비하며, 상기 코팅 화학물질은 상기 기재의 표면에 공유 결합되는 것인 코팅 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재의 표면 활성화 및 코팅은 상기 제1 챔버에서 수행되는 것인 코팅 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기재의 표면 활성화는 상기 제1 챔버에서 수행되고, 원하는 코팅으로의 상기 기재의 코팅은 별도의 챔버에서 수행되는 것인 코팅 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 챔버에 결합되어 상기 제1 챔버 내의 환경을 조절하는 배출구를 더 포함한 코팅 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 챔버에 결합되어 상기 제1 챔버로부터 원치않는 부산물을 제거하는 하나 이상의 필터를 더 포함한 코팅 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코팅 화학물질은, 플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSiX4-c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSiX4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 알킬실란의 일반식 [CH3(CH2)a]bSiX4-b(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 알콕시플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSi[알콕시]4-c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; 알콕시기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 이들의 조합임); 또는 알콕시알킬실란의 일반식 [CH3(CH2)a]b]Si[알콕시]4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; 알콕시기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 이들의 조합임)을 갖는 것인 코팅 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화학물질 검증기는,
    상기 코팅 화학물질을 수용하는 검증 챔버와;
    상기 검증 챔버에 결합되고, 상기 검증 챔버 내의 코팅 화학물질을 여자시키는 적어도 하나의 광학 여자원(optical excitation source)과;
    상기 검증 챔버에 결합되고, 상기 검증 챔버 내의 코팅 화학물질의 광 흡수 또는 광 강도를 감시하는 적어도 하나의 광검출기를 포함한 것인 코팅 증착 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 광학 윤곽(optical profile)은 상기 코팅 화학물질의 광학 윤곽을 나타내는 이진 코드로 디지털화되는 것인 코팅 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이진 코드는 상기 원하는 코팅에 대응하는 원하는 코드와 비교되는 것인 코팅 증착 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 코팅 반응로는 상기 분배기로부터의 코팅 화학물질의 용매를 반응성 화학 증기로 변환하는 가열 요소를 더 포함한 것인 코팅 증착 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기재를 운반하는 컨베이어 롤러를 더 포함하고, 상기 컨베이어 롤러는 증착 중에 상기 기재에 1mm 내지 5m의 곡률 반경을 부여하는 것인 코팅 증착 장치.
  12. 제1항에 있어서, 증착 중에 상기 기재의 섬유를 분리하는 브러시 롤러를 더 포함한 코팅 증착 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기재를 향해 압축 공기를 공급하는 압축 공기 노즐을 더 포함하고, 상기 압축 공기는 증착 중에 상기 기재의 섬유를 분리하는 것인 코팅 증착 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기재를 운반하는 컨베이어 롤러로서, 증착 중에 상기 기재에 구부러짐을 부여하는 컨베이어 롤러와;
    증착 중에 상기 기재의 섬유를 분리하는 브러시 롤러를 더 포함한 코팅 증착 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 표면 활성화기는 상기 기재 부근에서 오존 플라즈마를 발생하는 하나 이상의 자외선 광원을 포함한 것인 코팅 증착 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 챔버에 결합되고, 상기 기재의 표면을 활성화시키기 위해 사용되는 표면 활성화 가스를 공급하는 표면 활성화 가스 공급원을 더 포함한 코팅 증착 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 표면 활성화기는, 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치된 유전체를 제공하는 처리 헤드와, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 결합된 전원을 포함한 것인 코팅 증착 장치.
  18. 제1항에 있어서, 처리액을 수용하는 홈통 - 상기 기재는 상기 처리액을 통하여 운반되는 것임 - 및 상기 홈통 내에 배치되어 상기 처리액의 온도를 조절하는 냉각봉을 제공하는 용액 처리 시스템을 더 포함한 코팅 증착 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 용액 처리 시스템은 접지된 금속 롤러를 더 포함한 것인 코팅 증착 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 용액 처리 시스템은 상기 기재와 상기 처리액의 계면에 차가운 가스를 불어넣는 공기 취급기를 더 포함한 것인 코팅 증착 장치.
  21. 코팅 증착 방법에 있어서,
    처리 후에 기재의 표면을 효과적으로 반응시키는 오존, 산소, 과산화수소, 할로겐 또는 다른 산화종을 발생하는 표면 활성화기에 의해 기재의 표면을 활성화하는 단계와;
    상기 기재를 원하는 코팅으로 코팅하기 위해, 코팅 화학물질을 공급하는 분배기 및 상기 코팅 화학물질을 확인하는 화학물질 검증기를 구비한 코팅 반응로에 의해 코팅 화학물질을 준비하는 단계와;
    상기 기재를 상기 원하는 코팅으로 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 표면은 상기 코팅 화학물질의 분자들과 공유 결합되는 것인 코팅 증착 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 활성화하는 단계 및 코팅하는 단계는 둘 다 결합형의 표면 활성화 및 증착 챔버에서 수행되는 것인 코팅 증착 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 코팅하는 단계는 제1 챔버에서 수행되고 상기 활성화하는 단계는 상기 제1 챔버와는 별도인 제2 챔버에서 수행되는 것인 코팅 증착 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 활성화하는 단계 또는 코팅하는 단계 중에 환경을 조절하기 위해 상기 활성화하는 단계 또는 코팅하는 단계 중에 배기하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 활성화하는 단계 또는 코팅하는 단계 중에 하나 이상의 필터에 의해 원치않는 부산물을 제거하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 코팅 화학물질은, 플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSiX4-c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSiX4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 알킬실란의 일반식 [CH3(CH2)a]bSiX4-b(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=1, 2 또는 3; X=Cl, Br, I 또는 다른 적당한 유기 이탈기임); 알콕시플루오로알킬실란의 일반식 [CF3(CF2)a(CH2)b]cSi[알콕시]4-c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; 알콕시기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 이들의 조합임); 또는 알콕시알킬실란의 일반식 [CH3(CH2)a]b]Si[알콕시]4 -c(여기에서, a=0, 1, 2, ... 20, b=0, 1, 2, ... 10, c=1, 2 또는 3; 알콕시기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 이들의 조합임)을 갖는 것인 코팅 증착 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 준비하는 단계는,
    검증 챔버에서 코팅 화학물질을 수용하는 단계와;
    상기 검증 챔버 내의 코팅 화학물질을 적어도 하나의 광학 여자원으로 여자시키는 단계와;
    상기 검증 챔버 내의 코팅 화학물질의 광 흡수 또는 광 강도를 적어도 하나의 광검출기로 감시하는 단계를 더 포함한 것인 코팅 증착 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 광학 윤곽을 상기 코팅 화학물질의 광학 윤곽을 나타내는 이진 코드로 디지털화하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 이진 코드를 상기 원하는 코팅에 대응하는 원하는 코드와 비교하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 준비하는 단계는 상기 코팅 화학물질의 용매를 가열 요소에 분배시키는 단계를 포함하고, 상기 가열 요소는 상기 코팅 화학물질의 용매를 반응성 화학 증기로 변환하는 것인 코팅 증착 방법.
  31. 제21항에 있어서, 상기 기재를 컨베이어 롤러에 의해 운반하는 단계를 더 포함하고, 상기 컨베이어 롤러는 증착 중에 상기 기재에 1mm 내지 5m의 곡률 반경을 부여하는 것인 코팅 증착 방법.
  32. 제21항에 있어서, 상기 기재를 브러시 롤러에 의해 운반하는 단계를 더 포함하고, 상기 브러시 롤러는 증착 중에 상기 기재의 섬유를 분리하는 것인 코팅 증착 방법.
  33. 제21항에 있어서, 상기 기재에 압축 공기 노즐에 의해 압축 공기를 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 압축 공기는 증착 중에 상기 기재의 섬유를 분리하는 것인 코팅 증착 방법.
  34. 제21항에 있어서, 상기 기재를 컨베이어 롤러 및 브러시 롤러에 의해 운반하는 단계를 더 포함하고, 상기 컨베이어 롤러는 증착 중에 상기 기재에 구부러짐을 부여하는 것이고 상기 브러시 롤러는 증착 중에 상기 기재의 섬유를 분리하는 것인 코팅 증착 방법.
  35. 제21항에 있어서, 상기 표면 활성화기는 상기 기재 부근에서 오존 플라즈마를 발생하는 하나 이상의 자외선 광원을 포함한 것인 코팅 증착 방법.
  36. 제21항에 있어서, 상기 활성화하는 단계에서 사용되는 표면 활성화 가스를 공급하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  37. 제21항에 있어서, 상기 기재 부근에서 코로나 방전을 제공하기 위해 2개의 전극 사이에 배치된 유전체 양단에 교류를 인가하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  38. 제21항에 있어서,
    처리액을 통하여 기재를 운반하는 단계와;
    냉각봉으로 상기 처리액의 온도를 조절하는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 기재는 접지된 금속 롤러에 의해 운반되는 것인 코팅 증착 방법.
  40. 제38항에 있어서, 상기 기재와 상기 처리액의 계면에 차가운 가스를 불어넣는 단계를 더 포함한 코팅 증착 방법.
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