WO2014189192A1 - 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법 - Google Patents

롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법 Download PDF

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김재현
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    • B65H2601/253—Damages to handled material to particular parts of material
    • B65H2601/2532—Surface

Definitions

  • the synchronization method may further include: detecting a third load of the fifth roller through a tension sensing means; Calculating a tension of the thin film between the first roller and the second roller and the third roller and the fourth roller through the third load; Synchronously controlling rotational angular velocities of the first and second rotating means or the third and fourth rotating means so that the tension of the thin film is kept constant; It further includes.
  • FIG. 4 is a side schematic view of a synchronization device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a synchronization method according to embodiment 2-1 of the present invention.
  • the synchronization device 200 of the roll-to-roll transfer device according to the second embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a 'synchronization device') is deformed when the nano thin film is transferred through synchronization between the plurality of roll-to-roll devices as well as synchronization between the plurality of roll-to-roll devices. And to prevent damage.
  • the synchronization method of the roll-to-roll transfer device (hereinafter, referred to as a synchronization method) according to the first embodiment of the present invention uses the synchronization device 100 of the first embodiment described above.
  • the speed of the first roller 110 is set, and the load of the first roller 110 through the first load sensing means 151 and 152 is provided.
  • the speed of the second roller 120 is set, and the load of the first roller 110 through the first load sensing means 151 and 152 is provided.
  • the step of detecting the load of the first roller 110 through the first load sensing means (151, 152) is performed.
  • the first load sensing means 151 is composed of a first vertical load sensor 151 and a first horizontal load sensor 152, and detects the vertical load and the horizontal load applied to the first roller 110.
  • the controller 190 calculates a friction force between the first and second rollers 110 and 120 and the nano thin film through the vertical load and the horizontal load. Since the method for calculating the frictional force may be applied to the formula for calculating frictional force by a normal load, detailed description thereof will be omitted.

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Abstract

본 발명은 나노 박막의 연속적인 이송을 위한 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 동기화 장치를 통해 나노 박막을 롤투롤 방식으로 이송 시 나노 박막의 변형이나 파손을 방지하는 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법
본 발명은 나노 박막의 연속적인 이송을 위한 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 동기화 장치를 통해 나노 박막을 롤투롤 방식으로 이송 시 나노 박막의 변형이나 파손을 방지하는 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법에 관한 것이다.
기존의 반도체 공정을 이용하여 유연 전자 제품을 제작하는데 있어서, 공정 제약으로 인하여 기판 선택이 자유롭지 못하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 반도체 공정에서 제작된 나노 박막의 디바이스를 박리시킨 뒤, 원하는 기판으로 이송시키는 나노 박막 롤 전사 공정이 유연 전자 제품의 제작에 많이 이용되고 있다.
하지만, 현재까지 유연 전자 제품을 제작하기 위하여 시도되고 있는 전사 공정은 10mm 정도의 면적의 나노 박막의 디바이스에 지나지 않으며, 대면적의 연속적 대량 생산을 위해서는 롤 스탬프를 이용한 전사 공정이 필요하다. 나노 박막을 연속적으로 이송하기 위한 방법 중 하나가 롤투롤 방식이며, 한 쌍의 롤러 사이에 나노 박막을 배치하고, 한 쌍의 롤러가 나노 박막을 이송하고자 하는 방향으로 회전하여 나노 박막을 연속적으로 이송시키는 방식을 말한다.
롤투롤 전사 장비는, 원통형의 롤러를 이용하고 접촉이 연속적으로 이루어진다는 점에 있어서 롤과 나노 박막의 접촉면에 대한 정밀한 제어가 필요하다. 정밀한 제어가 이루어지지 않은 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 나노 박막에 주름(A1)이 발생하거나 파손(A2)되는 문제가 생기며, 이로 인하여 공정 수율 및 효율이 감소하게 된다.
이송 공정 중, 나노 박막에 주름과 파손이 발생하는 원인은 롤과 나노 박막의 접촉 시 발생되는 롤의 변형 및 한 쌍의 롤 접촉 시, 롤의 불균일한 하중을 들 수 있다.
종래에는, 한 쌍의 롤이 균일한 하중으로 접촉하여 이송 공정에서 나노 박막에 주름 발생과 나노 박막 파손을 줄이기 위하여, 롤 스탬프에 가해지는 수직 하중을 제어하는 방식이 사용되어 왔다. 그러나 나노 박막의 디바이스가 받는 수직 하중을 제어하는 것 이외에, 수평 방향으로 받는 수평 하중이 발생할 경우 나노 박막에 주름을 생성한다. 따라서 나노 박막에 수평 하중을 최소화할 필요가 있다. 이를 위하여, 한 쌍의 롤이 접촉하여 회전할 때, 한 쌍의 롤 표면의 선속도 각각의 속도 동기화가 필요하다.
즉 어느 한 롤이 다른 한 롤 보다 빠르게 회전 할 경우 나노 박막에 가해지는 수평 하중이 일정하지 않아 주름이 발생하거나 파손되는 것이다. 특히 한 쌍의 롤의 회전속도를 서로 동일하게 제어한다 하더라도 공정 중 롤의 변형 또는 마모에 의해 각각의 롤의 원주 길이가 달라져 상술된 문제가 발생될 수 있다.
나노 박막 전사 공정상에서 나노 박막에 손상이 갈 경우 나노 박막을 이용한 소자 제작 후 소자 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
따라서 나노 박막의 이송 상태를 실시간으로 모니터링 하여 한 쌍의 롤의 회전 속도를 각각 제어함으로써 나노 박막이 수평 방향으로 가해지는 하중이 최소화된 상태에서 이송될 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
관련 선행기술 문헌으로 한국공개특허공보 제10-2012-0044825호가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 롤투롤 전사 장비의 롤과 롤을 통해 이송되는 박막의 마찰력을 로드 셀을 통해 감지하여 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 롤투롤 각각의 롤의 회전속도를 제어하는 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치는, 이송을 위한 박막; 상기 박막의 하면에 맞닿도록 구비되며, 제1 회전수단을 통해 축방향 회전하는 제1 롤러; 상기 제1 롤러의 상측에 구비되되, 상기 박막의 상면에 맞닿도록 구비되며, 제2 회전수단을 통해 축방향 회전하는 제2 롤러; 상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러의 하중을 감지하는 제1 하중 감지수단; 및 상기 제1 하중 감지수단의 하중에 의해 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 제어부; 를 포함한다.
이때, 상기 제1 하중 감지수단은, 상기 축방향 및 상기 박막의 이송방향에 직교하는 하중을 측정하는 제1 수직하중 센서; 및 상기 축방향에 직교하고, 상기 이송방향에 수평한 하중을 측정하는 제2 수평하중 센서; 로 구성된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 하중 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 박막 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어한다.
추가적으로, 상기 동기화 장치는, 상기 제1 롤러에서 상기 박막의 이송 방향 후단에 이격되되, 상기 박막의 하면에 맞닿도록 구비되며, 제3 회전 수단을 통해 축방향 회전하는 제3 롤러; 상기 제3 롤러의 상측에 구비되되, 상기 박막의 상면에 맞닿도록 구비되며, 제4 회전수단을 통해 축방향 회전하는 제4 롤러; 상기 제1 롤러와 상기 제3 롤러 사이에 이격 구비되며, 상기 박막의 상면 또는 하면에 맞닿도록 구비되며, 제5 회전 수단을 통해 축방향 회전하는 제5 롤러; 상기 제3 롤러 또는 상기 제4 롤러의 하중을 감지하는 제2 하중 감지수단; 및 상기 제5 롤러 상의 상기 박막의 장력을 감지하는 장력 감지수단; 을 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제2 하중 감지수단의 하중에 의해 상기 제3 회전수단 또는 상기 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하며, 상기 장력 감지수단에 의해 상기 제1 내지 제4 회전수단 중 선택되는 단수 또는 복수 개의 회전 각속도를 동기 제어한다.
이때, 상기 제2 하중 감지수단은, 상기 축방향 및 상기 박막의 이송방향에 직교하는 하중을 측정하는 제2 수직하중 센서; 및 상기 축방향에 직교하고, 상기 이송방향에 수평한 하중을 측정하는 제2 수평하중 센서; 로 구성된다.
또한, 상기 장력 감지수단은, 상기 제5롤러의 상기 축방향 및 상기 박막의 이송방향에 직교하는 하중을 측정하는 제3 수직하중 센서; 이다.
다른 실시 예로, 상기 장력 감지수단은, 상기 제5 롤러 상에 구비되는 댄서롤; 이다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 하중 감지수단을 통해 상기 제3 롤러 및 제4 롤러와 상기 박막 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하며, 상기 장력 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 제3 롤러 및 상기 제4 롤러 사이의 상기 박막의 장력을 산출하고, 상기 장력이 일정하게 유지되도록 상기 제1 및 제2 회전수단 또는 제3 및 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어한다.
아울러, 상기 제5 롤러는, 상기 박막의 하면에 맞닿고, 하단이 상기 제1 및 제3 롤러의 상단보다 상측에 배치되는 메인롤러; 및 상기 메인롤러의 상기 박막 이송방향 전단 및 후단에 이격되며, 하단이 상기 제1 및 제3 롤러의 상단과 수평하게 배치되는 보조롤러; 로 구성되며, 상기 장력 감지수단은 상기 메인롤러 상의 상기 박막의 장력을 감지한다.
또한, 상기 제1 내지 제3 수직하중 센서 및 상기 제1 및 제2 수평하중 센서는 로드 셀로 된다.
본 발명의 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법은, 제1 하중 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 또는 제2 롤러의 하중을 감지하는 단계; 상기 하중을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 박막의 마찰력을 산출하는 단계; 상기 제어부를 통해 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계; 를 포함한다.
추가적으로, 상기 동기화 방법은, 제1 하중 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 또는 제2 롤러의 제1 하중을 감지하는 단계; 상기 제1 하중을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 박막의 제1 마찰력을 산출하는 단계; 상기 제어부를 통해 상기 제1 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계; 제2 하중 감지수단을 통해 상기 제3 롤러 또는 제4 롤러의 제2 하중을 감지하는 단계; 상기 제2 하중을 통해 상기 제3 롤러 및 제4 롤러와 상기 박막의 제2 마찰력을 산출하는 단계; 및 상기 제어부를 통해 상기 제2 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계; 를 포함한다.
또한, 상기 동기화 방법은, 장력 감지수단을 통해 상기 제5 롤러의 제3 하중을 감지하는 단계; 상기 제3 하중을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 제3 롤러 및 제4 롤러 사이의 상기 박막의 장력을 산출하는 단계; 상기 박막의 장력이 일정하게 유지되도록 상기 제1 및 제2 회전수단 또는 상기 제3 및 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계; 를 더 포함한다.
아울러, 상기 동기화 방법은, 댄서롤을 통해 제5 롤러 상의 상기 박막의 장력을 감지하는 단계; 상기 박막의 장력이 일정하게 유지되도록 상기 제1 및 제2 회전수단 또는 상기 제3 및 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계; 를 더 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치 및 방법은, 대량 생산이 가능한 롤투롤 전사 장비를 이용해 나노 박막을 이송하기 때문에 생산성 및 공정 수율 향상의 효과가 있다.
특히 이송 시 나노 박막의 손상을 최소화하여 나노 박막을 이용하여 제작된 소자의 성능저하를 막고, 고성능 유연 소자 등의 제작이 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 나노 박막 롤 이송 공정에서 롤 스탬프의 축 방향에 평행하게 발생한 주름과 파손 상태를 나타내는 나노 박막 평면도
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기화 장치 측면개략도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기화 장치 제어블록도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기화 장치 측면개략도
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기화 장치 제어블록도
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기화 방법 순서도
도 7은 본 발명의 제2-1 실시 예에 따른 동기화 방법 순서도
도 8은 본 발명의 제2-2 실시 예에 따른 동기화 방법 순서도
* 부호의 설명
100, 200 : 동기화 장치
110, 210 : 제1 롤러 120, 220 : 제2 롤러
130, 230 : 제3 롤러 140, 240 : 제4 롤러
261, 262, 263 : 제5 롤러
115, 215 : 제1 회전수단 125, 225 : 제2 회전수단
135, 235 : 제3 회전수단 145, 245 : 제4 회전수단
151, 152, 251, 252 : 제1 하중 감지수단
153, 154, 253, 254 : 제2 하중 감지수단
255 : 장력 감지수단
190, 290 : 제어부
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 동기화 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 실시 예 1 (단수의 롤투롤 장비 동기화)
도 2에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치(100, 이하 '동기화 장치')의 측면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 동기화 장치(100)는, 제1 롤러(110), 제2 롤러(120), 제1 회전수단(115), 제2 회전수단(125), 제1 하중 감지수단(151, 152) 및 제어부(190, 도 3 참조)를 포함하여 이루어진다.
제1 롤러(110)는 통상의 원통형 롤러로 이루어진다. 제1 롤러(110)는 나노 박막(Film)의 하측에 배치되며, 나노 박막(F)의 하면에 선 접촉된다. 제1 롤러(110)는 제1 회전 수단(115)의 회전에 의해 축방향 회전하며, 제1 롤러(110)가 축방향 회전함에 따라 나노 박막(F)을 상기 축방향에 직교하는 방향으로 이송한다.
제2 롤러(120)는 통상의 원통형 롤러로 이루어진다. 제2 롤러(120)는 나노 박막(Film)의 상측에 배치되며, 나노 박막(F)의 상면에 선 접촉된다. 제2 롤러(120)는 하단이, 나노 박막(F)을 사이에 두고 제1 롤러(110)의 상단에 맞닿도록 배치된다. 제2 롤러(120)는 제2 회전 수단(125)의 회전에 의해 축방향 회전하며, 제1 롤러(110)가 일 방향으로 회전 시 타 방향으로 회전하도록 구성된다. 제2 롤러(120)가 축방향 회전함에 따라 나노 박막(F)을 상기 축방향에 직교하는 방향으로 이송한다. 이때, 제1 및 제2 롤러(110, 120)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력의 크기를 최소화하여 나노 박막(F) 이송 시 나노 박막(F)의 변형 및 손상을 방지하기 위해 동기화 장치(100)는 다음과 같은 구성을 갖는다.
제1 하중 감지수단(151, 152)은 제1 롤러(110) 또는 제2 롤러(120)의 하중을 감지하기 위해 구성된다. 따라서 도면상에는 제1 하중 감지수단(151, 152)이 제1 롤러(110)에 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 제2 롤러(120)에 구비될 수도 있다. 제1 하중 감지수단(151, 152)은 제1 롤러(110)의 제1 수직 하중을 감지하기 위한 제1 수직하중 센서(151)와 제1 롤러(110)의 제1 수평 하중을 감지하기 위한 제1 수평하중 센서(152)로 구성된다. 제1 수직 하중이란, 축방향 및 박막 이송방향에 직교하는 방향의 하중을 말하며, 제1 수평 하중이란, 축방향에 직교하고, 박막 이송방향에 수평한 방향의 하중을 말한다. 제1 수직하중 센서(151)와 제1 수평하중 센서(152)는 나노 단위의 박막과 롤러 사이의 하중을 감지하여야 하므로, 미세 하중 감지를 위한 로드 셀로 이루어진다.
도 2에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기화 장치(100)의 제어부(190)의 제어 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제어부(190)는 제1 수직하중센서(151, 도면상의 제1 로드 셀) 및 제1 수평하중센서(152, 도면상의 제2 로드 셀)의 하중 정보를 입력 받아 제1 회전수단(115) 또는 제2 회전수단(125)의 회전 각속도를 제어하게 된다. 상세하게는 제1 수직하중센서(151, 도면상의 제1 로드 셀) 및 제1 수평하중센서(152, 도면상의 제2 로드 셀)의 하중 정보를 통해 제1 롤러 및 제2 롤러(110, 120)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 제1 회전수단(115) 또는 제2 회전수단(125)의 회전 각속도를 동기 제어하게 된다.
상기와 같은 제어부(190)의 구성을 통해 제1 롤러 및 제2 롤러(110, 120)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력의 크기가 최소화되도록 유지시켜 나노 박막의 이송 시 나노 박막의 손상을 최소화 하게 된다. 특히 제1 롤러(110) 및 제2 롤러(120)의 변형이나 마모에 의한 원주 변화에 따라 실시간으로 회전 각속도를 정밀하게 제어 가능한 효과가 있다.
- 실시 예 2 (복수의 롤투롤 장비 동기화)
본 발명의 제2 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치(200, 이하 '동기화 장치')는 복수의 롤투롤 장비 각각의 동기화는 물론 복수의 롤투롤 장비 간의 동기화를 통해 나노 박막 이송 시 변형 및 손상을 방지하는 구성이 제시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기화 장치(200)의 측면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 동기화 장치(200)는, 제1 롤러(210), 제2 롤러(220), 제3 롤러(230), 제4 롤러(240), 제5 롤러(261, 262, 263), 제1 회전수단(215), 제2 회전수단(225), 제3 회전수단(235), 제4 회전수단(245), 제1 하중 감지수단(251, 252), 제2 하중 감지수단(253, 254), 장력 감지수단(255) 및 제어부(290, 도 5 참조)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기화 장치(200)의, 제1 롤러(210), 제2 롤러(220), 제1 회전수단(215), 제2 회전수단(225) 및 제1 하중 감지수단(251, 252)은 상술된 제1 실시 예의 동기화 장치(100)의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제3 롤러(230)는 통상의 원통형 롤러로 이루어진다. 제3 롤러(230)는 제1 롤러(210)의 박막 이송 방향 후단에 이격 배치된다. 제3 롤러(230)는 나노 박막(Film)의 하측에 배치되며, 나노 박막(F)의 하면에 선 접촉된다. 제3 롤러(230)는 제3 회전 수단(235)의 회전에 의해 축방향 회전하며, 제3 롤러(230)가 축방향 회전함에 따라 나노 박막(F)을 상기 축방향에 직교하는 방향으로 이송한다.
제4 롤러(240)는 통상의 원통형 롤러로 이루어진다. 제4 롤러(240)는 제2 롤러(220)의 박막 이송 방향 후단에 이격 배치된다. 제4 롤러(240)는 나노 박막(Film)의 상측에 배치되며, 나노 박막(F)의 상면에 선 접촉된다. 제4 롤러(240)는 하단이, 나노 박막(F)을 사이에 두고 제3 롤러(230)의 상단에 맞닿도록 배치된다. 제4 롤러(240)는 제4 회전 수단(245)의 회전에 의해 축방향 회전하며, 제3 롤러(230)가 일 방향으로 회전 시 타 방향으로 회전하도록 구성된다. 제4 롤러(240)가 축방향 회전함에 따라 나노 박막(F)을 상기 축방향에 직교하는 방향으로 이송한다. 이때, 제3 및 제4 롤러(230, 240)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력의 크기를 최소화하여 나노 박막(F) 이송 시 나노 박막(F)의 변형 및 손상을 방지하기 위해 동기화 장치(200)는 다음과 같은 구성을 갖는다.
제2 하중 감지수단(253, 254)은 제3 롤러(230) 또는 제4 롤러(240)의 하중을 감지하기 위해 구성된다. 따라서 도면상에는 제2 하중 감지수단(253, 254)이 제3 롤러(230)에 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 제4 롤러(240)에 구비될 수도 있다. 제2 하중 감지수단(253, 254)은 제3 롤러(230)의 제2 수직 하중을 감지하기 위한 제2 수직하중 센서(253)와 제3 롤러(230)의 제2 수평 하중을 감지하기 위한 제2 수평하중 센서(254)로 구성된다. 제2 수직 하중이란, 축방향 및 박막 이송방향에 직교하는 방향의 하중을 말하며, 제2 수평 하중이란, 축방향에 직교하고, 박막 이송방향에 수평한 방향의 하중을 말한다. 제2 수직하중 센서(253)와 제2 수평하중 센서(254)는 나노 단위의 박막과 롤러 사이의 하중을 감지하여야 하므로, 미세 하중 감지를 위한 로드 셀로 이루어진다.
또한 동기화 장치(200)는 제1 롤러 및 제2 롤러(210, 220)와 제3 롤러 및 제4 롤러(230, 240)의 동기화 제어를 위해 다음과 같은 구성을 갖는다. 제1 롤러 및 제2 롤러(210, 220)와 제3 롤러 및 제4 롤러(230, 240) 사이에는 제5 롤러(261, 262, 263)가 구비된다. 제5 롤러(261, 262, 263)는 제1 롤러 및 제2 롤러(210, 220)와 제3 롤러 및 제4 롤러(230, 240) 사이의 장력 검출을 위한 메인롤러(261)와 메인롤러(261)의 박막 이송방향 양측에 배치되는 한 쌍의 보조롤러(262, 263)로 구성된다.
메인롤러(261)는 통상의 원통형 롤러로 이루어진다. 메인롤러(261)는 나노 박막(Film)의 하측 또는 상측에 배치되며, 하측에 배치될 경우 상단이 나노박막(F)의 하면에 선 접촉되고, 상측에 배치될 경우 하단이 나노박막(F)의 상면에 선 접촉 된다. 본 실시 예에서는 메인롤러(261)가 나노박막(F)의 하측에 배치된 경우로 설명한다. 메인롤러(261)는 하단이 제1 롤러(210) 및 제3 롤러(230)의 상단보다 상측에 위치하도록 배치된다. 한 쌍의 보조롤러(262, 263)는 메인롤러(261)의 양측에 이격 배치되되, 하단이 제1 롤러(210) 및 제3 롤러(230)의 상단과 동일 선상에 배치된다. 보조롤러(262, 263)는 통상의 원통형 롤러로 이루어지며, 나노박막(F)의 상측에 위치하고, 나노박막(F)의 하면에 선 접촉된다. 상기와 같은 구성의 제5 롤러(261, 262, 263)는 나노 박막(F)의 이송에 따라 자유 회전하도록 구성된다.
장력 감지수단(255)은 메인롤러(261) 상의 박막(F)의 장력을 감지하기 위해 구성된다. 장력 감지수단(255)은 메인롤러(261)의 제3 수직 하중을 감지하기 위한 제3 수직하중 센서로 구성된다. 제3 수직 하중이란, 축방향 및 박막 이송방향에 직교하는 방향의 하중을 말한다. 장력 감지수단(255)은 나노 단위의 박막과 롤러 사이의 하중을 감지하여야 하므로, 미세 하중 감지를 위한 로드 셀로 이루어진다.
도면에는 도시되어 있지 않지만 장력 감지수단은 메인롤러(261) 상에 구비되는 댄서롤(dancer roll)로 구성될 수 있다. 상기 댄서롤은 통해 메인롤러(261) 상의 박막(F)의 장력을 직접 산출할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기화 장치(200)의 제어부(290)의 제어 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제어부(290)는 제1 수직하중센서(251, 도면상의 제1 로드 셀), 제1 수평하중센서(252, 도면상의 제2 로드 셀), 제2 수직하중센서(253, 도면상의 제3 로드 셀), 제2 수평하중센서(254, 도면상의 제4 로드 셀), 제3 수직하중센서(255, 도면상의 제5 로드 셀)의 하중 정보를 입력 받아 제1 내지 제4 회전수단(215, 225, 235, 245) 중 선택되는 단수 또는 복수 개의 회전 각속도를 제어하게 된다. 상세하게는 제1 수직하중센서(251, 도면상의 제1 로드 셀) 및 제1 수평하중센서(252, 도면상의 제2 로드 셀)의 하중 정보를 통해 제1 롤러 및 제2 롤러(210, 220)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 제2 회전수단(215) 또는 제2 회전수단(225)의 회전 각속도를 동기 제어하게 된다. 또한, 제2 수직하중센서(253, 도면상의 제3 로드 셀) 및 제2 수평하중센서(254, 도면상의 제4 로드 셀)의 하중 정보를 통해 제3 롤러 및 제4 롤러(230, 240)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 제3 회전수단(235) 또는 제4 회전수단(245)의 회전 각속도를 동기 제어하게 된다.
아울러, 제3 수직하중센서(255, 도면상의 제5 로드 셀)의 하중 정보를 통해 메인롤러(261) 상을 이동하는 나노 박막(F)의 장력을 산출하고, 상기 장력이 일정하게 유지되도록 제1 및 제2 회전수단(215, 225) 또는 제3 및 제4 회전수단(235, 245)의 회전 각속도를 동기 제어하게 된다. 상술한 바와 같이 제3 수직하중센서(255) 대신 메인롤러(261) 상에 구비되는 댄서롤을 통해 나노 박막(F)의 장력을 제어부(290)에 직접 전달할 수도 있다.
상기와 같은 제어부(290)의 구성을 통해 제1 롤러 내지 제4 롤러(210, 220, 230, 240)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력의 크기가 최소화되도록 유지시켜 나노 박막의 이송 시 나노 박막의 손상을 최소화 하게 된다. 또한, 제1 롤러 내지 제4 롤러(210, 220, 230, 240)의 변형이나 마모에 의한 원주 변화에 따라 실시간으로 회전 각속도를 정밀하게 제어 가능한 효과가 있다. 특히 복수로 구비되는 롤투롤 전사 장비간의 장력을 측정하여 동기화 제어를 통해 나노 박막 이송 시 나노 박막의 변형 및 손상을 방지함에 그 특징이 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시 예에 따른 동기화 방법에 대하여 설명한다.
- 실시 예 1 (단수의 롤투롤 장비 동기화)
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법(이하 '동기화 방법')은 상술된 제1 실시 예의 동기화 장치(100)를 이용한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법은, 제1 롤러(110)의 속도를 설정하고, 제1 하중 감지수단(151, 152)을 통한 제1 롤러(110)의 하중을 기준으로 제2 롤러(120)의 속도를 동기화한다. 상세히 설명하면,
우선 제1 하중 감지수단(151, 152)을 통해 제1 롤러(110)의 하중을 감지하는 단계를 수행한다. 제1 하중 감지수단(151)은 제1 수직하중센서(151)와 제1 수평하중센서(152)로 구성되며, 제1 롤러(110)에 가해지는 수직하중과 수평하중을 감지한다. 다음으로 제어부(190)는 상기 수직하중 및 수평하중을 통해 제1 및 제2 롤러(110, 120)와 나노 박막 사이의 마찰력을 산출하는 단계를 수행한다. 마찰력을 산출하는 방법은 통상의 하중에 의한 마찰력 산출 공식이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 제어부(190)를 통해 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 제1 회전수단(115) 또는 제2 회전수단(125)의 회전 각속도를 동기 제어한다. 상기 과정은 실시간으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해 제1 롤러 및 제2 롤러(110, 120)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력의 크기가 최소화되도록 유지시켜 나노 박막의 이송 시 나노 박막의 손상을 최소화 하게 된다. 특히 제1 롤러(110) 및 제2 롤러(120)의 변형이나 마모에 의한 원주 변화에 따라 실시간으로 회전 각속도를 정밀하게 제어 가능한 효과가 있다.
- 실시 예 2 (복수의 롤투롤 장비 동기화)
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법(이하 '동기화 방법')은 상술된 제2 실시 예의 동기화 장치(200)를 이용한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법은, 제1 롤러(210)의 속도를 설정하고, 제1 하중 감지수단(251, 252)을 통한 제1 롤러(210)의 하중을 기준으로 제2 롤러(220)의 속도를 동기화한다. 또한, 장력 감지수단(255)을 통해 제5 롤러(250) 상의 박막의 장력을 기준으로 제1 롤러(210)와 제3 롤러(230)의 속도를 동기화하고, 제2 하중 감지수단(253, 254)을 통한 제3 롤러(230)의 하중을 기준으로 제4 롤러(240)의 속도를 동기화한다.
이때 장력 감지수단(255)은 제5 롤러(250)의 하중을 감지하는 제3 수직하중 센서로 도시되어 있으나, 제5 롤러(250) 상에 구비되는 댄서롤(미도시)일 수 있다. (도 8 참조) 상기와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법을 상세히 설명하면,
우선 제1 하중 감지수단(251, 252)을 통해 제1 롤러(210)의 하중을 감지하는 단계를 수행한다. 제1 하중 감지수단(251, 252)은 제1 수직하중센서(251)와 제1 수평하중센서(152)로 구성되며, 제1 롤러(210)에 가해지는 수직하중과 수평하중을 감지한다. 다음으로 제어부(290)는 상기 수직하중 및 수평하중을 통해 제1 및 제2 롤러(210, 220)와 나노 박막 사이의 마찰력을 산출하는 단계를 수행한다. 마찰력을 산출하는 방법은 통상의 하중에 의한 마찰력 산출 공식이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 제어부(290)를 통해 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 제1 회전수단(215) 또는 제2 회전수단(225)의 회전 각속도를 동기 제어한다. 상기 과정은 실시간으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 장력 감지수단(255)을 통해 메인롤러(261)의 하중을 감지하는 단계를 수행한다. 장력 감지수단(255)은 제3 수직하중센서로 되며, 메인롤러(261)에 가해지는 수직하중을 감지한다. 다음으로 제어부(29)는 상기 수직하중을 통해 제1 및 제2 롤러(210, 220)와 제3 및 제4 롤러(230, 240) 사이의 장력을 산출하는 단계를 수행한다. 마찰력을 산출하는 방법은 통상의 하중에 의한 장력 산출 공식이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 장력 감지수단(255)은 메인롤러(261) 상에 구비되는 댄서롤일 수 있으며, 상기 댄서롤의 장력 감지를 통해 다음 단계를 수행한다. (도 8 참조)
다음으로 제어부(290)를 통해 상기 장력이 일정하게 유지되도록 즉 특정 수치의 장력을 유지하도록 제1 내지 제4 회전수단(215, 225, 235, 245) 중 선택되는 단수 또는 복수 개의 회전 각속도를 동기 제어한다. 상기 과정은 실시간으로 이루어질 수 있다.
다음으로 제2 하중 감지수단(253, 254)을 통해 제3 롤러(230)의 하중을 감지하는 단계를 수행한다. 제2 하중 감지수단(253, 254)은 제2 수직하중센서(253)와 제2 수평하중센서(254)로 구성되며, 제3 롤러(230)에 가해지는 수직하중과 수평하중을 감지한다. 다음으로 제어부(290)는 상기 수직하중 및 수평하중을 통해 제3 및 제4 롤러(230, 240)와 나노 박막 사이의 마찰력을 산출하는 단계를 수행한다. 마찰력을 산출하는 방법은 통상의 하중에 의한 마찰력 산출 공식이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 제어부(290)를 통해 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 제3 회전수단(235) 또는 제4 회전수단(245)의 회전 각속도를 동기 제어한다. 상기 과정은 실시간으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해 제1 롤러 내지 제4 롤러(210, 220, 230, 240)와 나노 박막(F) 사이의 마찰력의 크기가 최소화되도록 유지시켜 나노 박막의 이송 시 나노 박막의 손상을 최소화 하게 된다. 또한, 제1 롤러 내지 제4 롤러(210, 220, 230, 240)의 변형이나 마모에 의한 원주 변화에 따라 실시간으로 회전 각속도를 정밀하게 제어 가능한 효과가 있다. 특히 복수로 구비되는 롤투롤 전사 장비간의 장력을 측정하여 동기화 제어를 통해 나노 박막 이송 시 나노 박막의 변형 및 손상을 방지함에 그 특징이 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (14)

  1. 이송을 위한 박막;
    상기 박막의 하면에 맞닿도록 구비되며, 제1 회전수단을 통해 축방향 회전하는 제1 롤러;
    상기 제1 롤러의 상측에 구비되되, 상기 박막의 상면에 맞닿도록 구비되며, 제2 회전수단을 통해 축방향 회전하는 제2 롤러;
    상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러의 하중을 감지하는 제1 하중 감지수단; 및
    상기 제1 하중 감지수단의 하중에 의해 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 제어부;
    를 포함하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 하중 감지수단은,
    상기 축방향 및 상기 박막의 이송방향에 직교하는 하중을 측정하는 제1 수직하중 센서; 및
    상기 축방향에 직교하고, 상기 이송방향에 수평한 하중을 측정하는 제2 수평하중 센서; 로 구성되는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 하중 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 박막 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 동기화 장치는,
    상기 제1 롤러에서 상기 박막의 이송 방향 후단에 이격되되, 상기 박막의 하면에 맞닿도록 구비되며, 제3 회전 수단을 통해 축방향 회전하는 제3 롤러;
    상기 제3 롤러의 상측에 구비되되, 상기 박막의 상면에 맞닿도록 구비되며, 제4 회전수단을 통해 축방향 회전하는 제4 롤러;
    상기 제1 롤러와 상기 제3 롤러 사이에 이격 구비되며, 상기 박막의 상면 또는 하면에 맞닿도록 구비되며, 제5 회전 수단을 통해 축방향 회전하는 제5 롤러;
    상기 제3 롤러 또는 상기 제4 롤러의 하중을 감지하는 제2 하중 감지수단; 및
    상기 제5 롤러 상의 상기 박막의 장력을 감지하는 장력 감지수단; 을 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제2 하중 감지수단의 하중에 의해 상기 제3 회전수단 또는 상기 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하며, 상기 장력 감지수단에 의해 상기 제1 내지 제4 회전수단 중 선택되는 단수 또는 복수 개의 회전 각속도를 동기 제어하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 하중 감지수단은,
    상기 축방향 및 상기 박막의 이송방향에 직교하는 하중을 측정하는 제2 수직하중 센서; 및
    상기 축방향에 직교하고, 상기 이송방향에 수평한 하중을 측정하는 제2 수평하중 센서; 로 구성되는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 장력 감지수단은,
    상기 제5롤러의 상기 축방향 및 상기 박막의 이송방향에 직교하는 하중을 측정하는 제3 수직하중 센서; 인, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 장력 감지수단은,
    상기 제5 롤러 상에 구비되는 댄서롤; 인, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 하중 감지수단을 통해 상기 제3 롤러 및 제4 롤러와 상기 박막 사이의 마찰력을 산출하고, 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하며,
    상기 장력 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 제3 롤러 및 상기 제4 롤러 사이의 상기 박막의 장력을 산출하고, 상기 장력이 일정하게 유지되도록 상기 제1 및 제2 회전수단 또는 제3 및 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제5 롤러는,
    상기 박막의 하면에 맞닿고, 하단이 상기 제1 및 제3 롤러의 상단보다 상측에 배치되는 메인롤러; 및
    상기 메인롤러의 상기 박막 이송방향 전단 및 후단에 이격되며, 하단이 상기 제1 및 제3 롤러의 상단과 수평하게 배치되는 보조롤러; 로 구성되며,
    상기 장력 감지수단은 상기 메인롤러 상의 상기 박막의 장력을 감지하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  10. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 수직하중 센서 및 상기 제1 및 제2 수평하중 센서는 로드 셀로 되는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 장치.
  11. 제 1항의 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법에 있어서,
    제1 하중 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 또는 제2 롤러의 하중을 감지하는 단계;
    상기 하중을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 박막의 마찰력을 산출하는 단계;
    상기 제어부를 통해 상기 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계;
    를 포함하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법.
  12. 제 4항의 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법에 있어서,
    제1 하중 감지수단을 통해 상기 제1 롤러 또는 제2 롤러의 제1 하중을 감지하는 단계;
    상기 제1 하중을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 박막의 제1 마찰력을 산출하는 단계;
    상기 제어부를 통해 상기 제1 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계;
    제2 하중 감지수단을 통해 상기 제3 롤러 또는 제4 롤러의 제2 하중을 감지하는 단계;
    상기 제2 하중을 통해 상기 제3 롤러 및 제4 롤러와 상기 박막의 제2 마찰력을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부를 통해 상기 제2 마찰력의 크기가 최소화되도록 상기 제1 회전수단 또는 상기 제2 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계;
    를 포함하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 동기화 방법은,
    장력 감지수단을 통해 상기 제5 롤러의 제3 하중을 감지하는 단계;
    상기 제3 하중을 통해 상기 제1 롤러 및 제2 롤러와 상기 제3 롤러 및 제4 롤러 사이의 상기 박막의 장력을 산출하는 단계;
    상기 박막의 장력이 일정하게 유지되도록 상기 제1 및 제2 회전수단 또는 상기 제3 및 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 동기화 방법은,
    댄서롤을 통해 제5 롤러 상의 상기 박막의 장력을 감지하는 단계;
    상기 박막의 장력이 일정하게 유지되도록 상기 제1 및 제2 회전수단 또는 상기 제3 및 제4 회전수단의 회전 각속도를 동기 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 롤투롤 전사 장비의 동기화 방법.
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