KR20130040846A - 다층 필름의 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

다층 필름의 가공 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판 필름 제 1 면 및 기판 필름 제 2 면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 기판 필름 제 2 면에 인접한 차단벽 층을 제공하는 단계도 포함한다. 차단벽 층은 기판 필름과 상기 차단벽 층 외면 사이의 유체 연통을 허용하는 하나 이상의 개구부를 갖는다. 추가로, 상기 방법은, 상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 접촉시키고 마지막으로 상기 차단벽 층 외면을 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 기판 필름의 제 1 면을 제 1 반응물에 접촉시키는 단계 및 상기 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 접촉시키는 단계는, 상기 제 1 반응물과 제 2 반응물 사이의 반응이 반응 층의 형성을 유도하는 조건하에서 수행된다.

Description

다층 필름의 가공 방법{METHOD OF PROCESSING MULTILAYER FILM}
본 발명은 일반적으로 다층 필름의 가공 방법, 보다 구체적으로는, 차단벽 층을 갖는 다층 필름을 가공하고 차단벽 층내 개구부를 막기 위한 반응 층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차단벽 층을 갖는 다층 필름은 다양한 적용례에서 사용된다. 차단벽 층을 갖는 다층 필름을 사용하는 장치의 비-제한적인 예는, 내부 또는 외부에 산소, 습기 또는 이산화탄소와 같은 가스를 유지함으로써 식품을 신선하게 유지하도록 사용되는 차단벽 호일을 갖는 식품 포장재 및 병이다. 다층 필름을 사용하는 장치의 또다른 예는, 그래픽 디스플레이 및 이미지화 분야에서 공지된 전자발광(EL) 장치이다. 포장 산업, 약학 산업, 광학 산업 및 전자 산업에서 관심이 증가하고 있는 대상이며, 가요성, 광학적 투명도, 중량 또는 비용으로 인해 금속 호일 또는 유리 시트와 같은 진정한 불투과성 기판의 사용이 배제되는 경우, 상기 다층 필름 차단벽이 사용되어야 한다. 다층 필름은 일반적으로 습기, 산소, 이산화탄소 및 다른 투과물의 투과를 방해하기 위한 차단벽 층과 함께 기판 층을 포함한다. 그러나, 차단벽 층 내의 결함부, 예를 들어 공극, 핀홀, 크랙 또는 다른 결함들의 존재는 다층 필름의 성능을 제한하고, 다층 필름이 환경적인 요인들, 예를 들어 산소, 수증기, 이산화탄소, 황화수소, SOx, NOx, 용제 등이 투과되도록 한다. 환경적인 요인들, 전형적으로 산소 및 수증기 투과는 시간 경과에 따른 열화를 유발할 수 있고, 따라서 가요성 적용례에서의 전자발광 장치의 수명을 감소시킬 수 있다. 투과를 허용가능한 낮은 수준으로 제한할 수 있는 개선된 차단벽 필름이 존재하지만, 전형적으로 여러개의 제조 단계들을 요구하고 따라서 시간-소모적이고 비경제적이다. 게다가, 이러한 개선된 차단벽은 핀홀에 의해 여전히 제한되며, 평균 투과 및 관찰되는 핀홀 밀도의 측면에서 단지 간신히 요구사항을 충족할 뿐이다.
따라서, 최소의 개수의 가공 단계들만을 요구하는 방식으로 다층 필름의 성능을 개선시키고 이를 도핑하는 방법을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 다층 필름의 가공 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판 필름 제 1 면 및 기판 필름 제 2 면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 기판 필름 제 2 면에 인접한 차단벽 층을 제공하는 단계도 포함한다. 상기 차단벽 층은 기판 필름과 상기 차단벽 층 외면 사이의 유체 연통을 허용하는 하나 이상의 개구부를 갖는다. 추가로, 상기 방법은 상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계 및 마지막으로 상기 차단벽 층 외면을 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계 및 상기 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 노출시키는 단계는, 상기 제 1 반응물과 제 2 반응물 사이의 반응이 반응 층의 형성을 유도하는 조건하에서 수행된다.
본 발명의 또다른 실시양태에 따르면, 기판 필름 위에 반응층을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제 1 외면 및 제 2 외면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제 1 외면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 상기 기판 필름의 제 2 외면을 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 노출시켜 반응 층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 기판 필름은 제 1 반응물에 대해 투과성이어서 상기 기판 필름의 제 2 외면 위에서 상기 제 1 반응물과 제 2 반응물 사이의 반응이 일어남에 주목해야 한다.
본 발명의 또다른 실시양태에 따르면, 기판 필름 위에 반응 층을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 제 1 외면과 제 2 외면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 상기 기판 필름을 제 1 반응물로 포화시키는 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 상기 포화된 기판 필름의 제 1 외면 또는 제 2 외면을 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 노출시켜 반응 층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 1은, 본 발명의 실시양태에 따른 차단벽 층과 기판 층을 포함하는 다층 필름을 도시한다.
도 2는, 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 다층 필름의 가공을 위한 흐름도를 도시한다.
도 3은, 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 기판 필름 위에 반응 층을 형성하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는, 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 예비-포화된 기판 필름 위에 반응 층을 형성하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
하기에서 상세하게 논의하는 바와 같이, 본 발명의 실시양태는, 차단벽 층을 갖는 다층 필름을 가공하고 상기 차단벽 층 내 개구부 또는 공극을 막기 위해 반응층을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본원에서 사용되는 경우, '개구부' 또는 '공동'이란 용어는 공극, 핀홀, 크랙 등을 지칭한다. 따라서, 본 발명은 이러한 개구부 또는 공동을 갖는 금속 층 또는 차단벽 층을 갖는 다층 필름을 가공하는 방법을 소개한다.
본 발명의 다양한 실시양태의 구성요소들을 도입하는 경우, 단수형 및 "상기"는, 하나 이상의 구성요소가 있음을 의미하고자 한다. "포함하는", "내포하는" 및 "갖는"이라는 용어는 포괄적이고 언급된 구성요소 이외의 추가적인 구성요소들이 존재할 수 있음을 의미한다. 작업 파라미터의 임의의 예는, 개시된 실시양태의 다른 파라미터를 배제하고자 하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 실시양태에 따른 다층 필름(10)을 도시한다. 도시한 바와 같이, 다층 필름(10)은 기판 필름 제 1 면(11) 및 기판 필름 제 2 면(13)을 갖는 기판 필름 층(12)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 기판 물질은 가요성이고/가요성이거나 실질적으로 투명할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 기판 필름 층(12)은 상이한 물질들의 복수개의 인접한 조각들을 포함하는 구조물 또는 단일 조각일 수 있다. 기판 필름 층(12) 물질의 비-제한적인 예로는 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 기판 물질의 다른 비-제한적인 예는, 유기 중합체 수지, 예를 들어 이로서 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트, 폴리노보넨, 폴리카보네이트(PC), 실리콘, 에폭시 수지, 실리콘-작용성 에폭시 수지, 폴리에스터, 예를 들어 마이러(MYLAR, 등록상표)(이. 아이. 듀퐁 드 네무아르 앤드 캄파니(E. I. du Pont de Nemours & Co.)에서 시판중임), 폴리이미드, 예를 들어 캡톤(KAPTON, 등록상표) H 또는 캡톤(등록상표) E(듀퐁(du Pont)에서 시판중임), 애피칼(APICAL, 등록상표) AV(카네카 하이-테크 머티리얼(Kaneka High-Tech Material)에서 시판중임), 우필렉스(UPILEX, 등록상표)(우베 인더스트리즈 리미티드(Ube Industries, Ltd.)에서 시판중임), 폴리에터설폰, 폴리에터이미드, 예를 들어 울템(ULTEM, 등록상표)(제네랄 일렉트릭 캄파니(General Electric Company)에서 시판중임), 폴리(사이클릭 올레핀), 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함한다. 추가적인 기판 물질은 유리 또는 금속 호일의 초박 층 또는 공극, 핀홀 또는 크랙을 갖는 융합 세라믹을 포함할 수 있다. 게다가, 다양한 산업상 명칭 하에서 기판 물질은 아크래르(Aclar), 벡트란(Vectran), 테프젤(Tefzel), 서린(Surlyn), PET ST504, PET 마이어 D, 암스트롱(Armstrong) A661, 데드러(Tedlar), BRP-C, PVC 블랙, PO 100, PO 130, 캡톤(Kapton), PVC 크리어(clear), 코라드(Korad), EVA, PVB, TPU, DC 실가드(Sylguard), GE RTV 615를 포함할 수 있다. 기판 물질의 조합은, 본 발명의 범주에 속함에 주목해야 한다.
다층 필름(10)은 또한 상기 기판 필름 층 제 2 면(13)에 인접한 차단벽 층(14)을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 다층 필름(10)은 기판 필름의 양측 위의 2개의 차단벽 층들 사이에 놓인 기판 필름 층을 가질 수 있다. 차단벽 층(14)은, 침지-코팅, 분사-코팅, 물리적 증착, 화학적 증착(CVD), 플라즈마-강화 화학적 증착(PECVD), 스퍼터링, 및/또는 반응성 스퍼터링 또는 다른 수단에 의해 제조된 금속성 또는 세라믹 박막일 수 있다. 다층 필름(10)의 다양한 실시양태는, 단일벽 차단벽, 다층 차단벽, 또는 다중-대역 등급화 차단벽을 포함할 수 있다. 예시한 바와 같이, 차단벽 층(14)은 개구부 또는 공동(15)을 포함한다. 또다른 실시양태에서, 차단벽 층(14)은 여러개의 개구부들 또는 공동들(15)을 포함할 수 있다. 이러한 개구부 또는 공동(15)은 차단벽 층(14)의 결함이고, 공극, 핀홀, 크랙 등을 포함할 수 있다.
추가로, 도 1에 도시된 하나의 실시양태에서, 다층 필름(10)은 개구부 또는 공동(15)에서의 반응 층의 형성 기법을 포함한다. 기판 필름 층(12) 및 차단벽 층(14)을 갖는 다층 필름(10)은, 기판 필름 제 1 면(11) 위에서 제 1 반응물(16)에 노출된다. 다층 필름(10)은 또한 상기 차단벽 층(14)의 외면에서 제 2 반응물(18)에도 노출된다. 제 1 반응물(16) 및 제 2 반응물(18)은 액체 반응물 또는 휘발성 반응물 또는 반응물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 제 1 반응물(16) 및 기판 필름 물질은, 상기 반응물이 기판 내에서 실질적으로 투과성이도록 선택된다. 이는, 제 1 반응물(16)이 기판 필름 층(12)을 투과하여, 적절한 온도 조건하에서 제 2 반응물(18)과의 후속적인 반응을 위하여 상기 차단벽 층(14)의 개구부 또는 공동(15)에 도달하는 것을 허용한다. 반응은 개구부 또는 공동(15)내 반응 층의 형성을 유발하여, 이로써 목적 투과물, 예를 들어 산소, 습기, 이산화탄소 등을 위한 개구부 또는 공동(15)을 막을 수 있다. 추가로, 상기 반응은 자외선 에너지 공급원, 플라즈마 공급원 또는 초음파의 군 중에서 선택된 에너지 공급원으로부터의 에너지를 추가함으로서 개선될 수도 있다. 상기 반응층의 형성은 점점더 반응물 또는 전구체들을 분리하고 추가로 반응 공정을 자가-제한으로 만들 수 있다.
하나의 실시양태에서, 기판 필름 층(12)은 롤 또는 시트 형태의 제 1 반응물로 가공되거나 처리될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 기판 필름 층(12)은, 예를 들어 병으로 성형된 후, 가공되거나 처리될 수 있다. 비-금속성 차단벽 박막의 매우 깨지기 쉬운 경향으로 인하여 후속적인 성형/드로윙 가공이 전형적으로 임의의 박막 차단벽, 예를 들어 비-금속성 차단벽 필름을 손상시킬 것이기 때문에, 후자가 중요하다. 추가로, 하나의 실시양태에서, 기판 필름 층(12)의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 250 ㎛일 수 있다. 제 1 반응물이 기판 필름 층(12)을 투과해야 하기 때문에, 반응 층의 형성을 위한 최적의 온도에서 반응 속도를 개선시키기 위해서, 보다 얇고 보다 투과성인 기판 필름 층이 바람직할 수 있다. 게다가, 반응층의 형성을 위한 반응 속도 또는 필름 증착 속도는 구체적인 상기 제 1 반응물에 대한 기판 필름 층의 투과능에 좌우됨에 주목해야 한다.
비-제한적인 방식의 예로서, 본 발명의 하나의 실시양태는, 1분 당 약 80 nm(nm/min)의 반응 층 형성 속도를 가질 수 있다. 이러한 실시양태는, 제 1 반응물인 물이 85℃에서 약 11 g-mm/m2/일의 투과도를 갖는, 100 ㎛ 두께의 PET(기판 필름 층)를 가질 수 있다. 1 g/cm3의 물 밀도를 사용하여, 반응층을 위한 반응 속도는 약 80 nm/분으로 측정되고, 여기서 투과 지체 시간은 약 3 분인 것으로 측정되었다. 온도 및 물질에 대한 물(제 1 반응물)의 투과는 상당히 변함에 주목해야 한다. 추가로, 반응 속도는 또한 제 2 반응물에도 좌우될 수 있음에 주목해야 한다. 보다 구체적으로, 25 ℃에서의 PET ST504와 같은 PET 기판을 통한 물의 정류 상태 침투 속도는 약 0.243 g-mm/m2/일인 반면, 85℃에서 PET ST504을 통한 침투 속도는 약 11.2 g-mm/m2/일이다. 따라서, 반응 층 또는 침착 필름의 형성은, 기판 물질의 유리 전이 온도 초과와 같은 최적의 온도에서 기판 필름을 통과하여 차단벽 층의 가장자리까지의 반응물 또는 전구체의 투과 속도를 증가시킴으로써 효율적으로 수행된다.
추가의 실시양태에서, 기판 필름 층(12) 위에 제 1 반응물(16)을 노출시키는 단계의 비-제한적인 예는, 기판 필름 제 1 면(11)에 용적부(volume)를 한정하고 상기 용적부를 제 1 반응물(16)로 충전시키는 단계를 포함할 수 있되, 여기서 제 1 반응물(16)은 기판 필름 제 1 면(11)에서 보다 높은 이동도를 갖는 액체 전구체일 수 있다. 추가로, 용적부는 차단벽 층(14)의 외면 위에서, 상기 용적부가 기판 필름 제 1 면(11)에서의 용적부를 덮고 여기에 상응하도록 한정된다. 그다음, 차단벽 층(14)의 외면에서의 한정된 용적부는 도 1에서 도시된 바와 같이 제 2 반응물(18)로 충전된다. 이는, 제 1 반응물이 기판 필름 층(12)을 투과하여 개구부 또는 공동(15)에서 제 2 반응물과 반응하는 경우, 반응 층의 형성을 유발한다. 반응물에 대한 후속적인 노출을 위하여 다층 필름(10)의 한쪽 위에 상응하는 용적부를 한정하는 것은, 차단벽 층(14)의 개구부 또는 공동에서 반응 층의 효과적인 형성을 보장하기 위해서 요구된다. 이는 추가로 다층 필름(10)의 가장자리를 따라서 반응물의 유동으로 인하여 발생하는 불필요한 반응을 배제한다.
부가적으로, 또다른 실시양태에서, 기판 필름 층(12)은 제 1 반응물(16)으로 예비-포화될 수 있다. 기판 필름 층(12)의 예비-포화는, 제 1 반응물(16)과 제 2 반응물(18)이 직접 반응하지 않지만, 예비-포화된 기판 필름 층 내에 함유된 제 1 반응물(16)이 하나의 측면으로부터 차단벽 층(14)의 개구부 또는 공동에 도달하여 다른 측면으로부터 차단벽 층(14)에 적용된 제 2 반응물(18)과 반응하도록 한다. 이는, 개구부 또는 공동(15)을 효과적으로 막는다. 비-제한적인 예에서, PET의 기판 물질은 제 1 반응물인 물로 적절하게 포화될 수 있다. 이러한 예비-포화는 단순한 챔버에서 수행될 수 있고, 따라서, 다층 필름(10)의 가장자리 주변으로의 반응물의 유동으로 인한 비효율적인 반응 층의 임의의 형성을 배제할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 실시양태에 따른 다층 필름을 가공하기 위한 흐름도(100)를 도시한다. 다층 필름을 가공하는 하기 단계들은, 화학물질 종들 또는 환경적인 인자들, 예를 들어 산소, 수증기, 이산화탄소, 황화수소, SOx, NOx, 용제 등의 확산에 대한 개선된 내성을 유발한다. 이는, 본 발명의 다층 필름을 포함하는 주변 반응성 장치의 길어진 선반 수명 또는 포장된 식품의 길어진 신선도를 유발할 수 있다. 먼저, 단계(102)에서, 상기 방법은, 기판 필름 제 1 면 및 기판 필름 제 2 면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(104)에서, 상기 방법은, 상기 기판 필름 제 2 면에 인접한 차단벽 층을 제공하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 상기 차단벽 층은 하나 이상의 개구부 또는 공동들, 예를 들어 공극, 핀홀, 크랙 등을 갖는다. 본 발명의 다층 필름 가공 방법은, 이러한 개구부 또는 공동을 막을 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 차단벽 층은 상기 기판 층 위에 위치한 금속 층이다. 또다른 실시양태에서, 상기 차단벽 층은 상기 기판 필름과 접촉한 상태의 차단벽 코팅을 포함한다.
차단벽 층 물질의 비-제한적인 예는, 금, 은 및 알루미늄을 포함한다. 상기 금속 층은 전형적으로 0가 금속이다. 상기 차단벽 층은 또한 하나의 비-제한적인 예로서 질화물, 예를 들어 질화규소를 포함할 수 있다. 또다른 비-제한적인 차단 벽 층 조성물은, 유기 물질, 무기 물질, 세라믹 물질 및 그의 임의의 조합 중에서 선택된 것을 포함한다. 하나의 예에서, 상기 물질은 반응하는 플라즈마 종들로부터 유도된 재조합 생성물이고, 기판 필름 면 위에 침착된다. 유기 차단벽 코팅 물질은, 전형적으로 탄소 및 산소를 포함할 수 있고, 선택적으로 다른 원소들, 예를 들어 산소, 질소, 규소, 황 등의 원소들을 포함할 수 있다. 차단벽 코팅 내에 유기 조성물을 유발하는 적합한 반응물은, 약 15개 이하의 탄소 원자를 갖는, 직쇄 또는 분지쇄 알칸, 알켄, 알킨, 알콜, 알데하이드, 에터, 알킬렌 산화물, 방향족 화합물 등의 종들을 포함한다. 무기 및 세라믹 차단벽 코팅 물질은, 전형적으로 IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, IB 또는 IIB족 원소; IIIB, IVB, 또는 VB족 금속, 또는 희토류 원소의, 산화물, 질화물, 붕소화물 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 예를 들어, 탄화규소를 포함하는 차단벽 코팅은, 실란 및 유기 물질, 예를 들어 메탄 또는 자일렌으로부터 발생되는 플라즈마의 재조합에 의해 기판 위에 침착될 수 있다. 실리콘 옥시카바이드를 포함하는 차단벽 코팅은, 실란, 메탄 및 산소로부터, 또는 실란과 프로필렌 옥사이드로부터, 또는 유기실리콘 전구체, 예를 들어 테트라에톡시 오르쏘실란(TEOS), 헥사메틸 다이실록산(HMDS), 헥사메틸 다이실라잔(HMDZ), 또는 옥타메틸 사이클로테트라실록산(D4)으로부터 발생하는 플라즈마로부터 침착될 수 있다. 질화규소를 포함하는 차단벽 코팅은, 실란 및 암모니아로부터 발생되는 플라즈마로부터 침착될 수 있다. 알루미늄 옥시카보니트라이드를 포함하는 차단벽 코팅은, 예를 들어 알루미늄 테트라레이트 및 암모니아의 혼합물로부터 발생되는 플라즈마로부터 침착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 유기 물질들을 포함하는 차단벽 코팅은, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 스핀 코팅, 유동 코팅, 그라비어 또는 마이크로그라비어 가공, 침지 코팅, 분사 코팅, 진공 침착, 화학적 증착(CVD), 플라즈마 개선된 화학적 증착(PECVD) 등의 방법, 예를 들어 라디오파 플라즈마 개선된 화학적 증착(RF-PECVD), 확장 열-플라즈마 화학적 증착, 반응성 스퍼터링, 전자-사이클로트론-공명 플라즈마 개선된 화학적 증착(ECRPECVD), 유도 결합 플라즈마 개선된 화학적 증착(ICPECVD), 스퍼터링 침착, 증발, 원자층 침착, 또는 이들의 조합과 같은 공지된 방법을 사용하여 침착될 수 있다.
추가로, 단계(106)에서, 상기 방법은 제 1 반응물에 기판 필름 제 1 면을 노출시키는 단계를 포함한다. 마지막으로, 다층 필름의 상기 가공 방법은, 단계(108)에서 상기 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 제 2 반응물은 상기 제 1 반응물에 반응성이고, 상기 차단벽 층의 개구부 또는 공동에서 반응 층을 형성한다. 이러한 반응 층은 상기 차단벽 층의 개구부를 효과적으로 막아서, 화학물질 종들 또는 환경적인 요인들의 투과 방지를 보장한다. 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계 및 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 노출시키는 단계는, 반응 층의 형성을 유발하는 조건하에서 동시에 또는 비-동시적으로 수행된다. 가공 조건들은, 차단벽 층의 개구부 또는 공동에서 반응 층의 형성을 위한 적절한 온도 및 기간을 포함할 수 있다. 반응물들 사이의 반응은, 에너지 공급원, 예를 들어 플라즈마 공급원, 자외선 공급원, 초음파 공급원, 코로나 방전 또는 e-빔을 추가함으로써 추가로 개선될 수 있다.
도 1에서 도시된 하나의 예에서, 차단벽 층 및 기판 필름 층은 단계별로 하나 이상의 반응물들에 노출되되, 여기서 반응물들은 침착 종들 또는 전구체(도 1에서 반응물 층 16, 18으로서 지칭됨)를 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 침착 종들 또는 전구체들은 모두 가스상이다. 또다른 실시양태에서, 하나 또는 둘다의 전구체가 액체 형태로 또는 점성 페이스트 안에 적용된다. 또다른 실시양태에서, 기판 필름 위에 배치된 차단벽 층을 갖는 다층 필름은, 연속적이거나 세미-연속적인 롤-투-롤 공정을 사용하여 공정 챔버에 공급된다. 롤-투-롤 공정의 하나의 실시양태에서, 상기 가공 챔버는, 다층 필름의 연속적인 이동을 가능하게 하도록 구성된다. 다르게는, 상기 공정은, 기판의 하나 이상의 면 위에 침착된 차단벽 층이 공정 내에서 홀더 위에 배치되는, 배치식 공정을 사용하여 수행될 수 있다. 선택적인 플라즈마 공급원은 가공 챔버 내부에 위치할 수 있다. 플라즈마 공급원 또는 다른 표면 활성화 기법, 예를 들어 전자빔, 자외선, 오존, 또는 코로나를 사용하면, 반응 속도를 증가시킬 수 있고, 반응 층의 침착 및 형성의 품질을 개선시킬 수 있다. 선택적으로, 교류(AC) 또는 직류(DC) 스퍼터링이, 이러한 공정과 함께 수행될 수도 있다.
반응물의 선택은, 다층 필름의 차단벽 층 및 기판 필름 층으로의 반응물의 접착과 관련이 있을 것이다. 하나의 실시양태에서, 침착 종들 또는 전구체(반응물) 중 하나 이상은, 차단벽 층을 습윤시킬 수 있는 것이다. 또다른 실시양태에서, 유기금속성 화합물은, 유기 기판 필름 층 위에 반응물을 침착시키기 전에 첨가된다. 이는, 전술한 바와 같이 단계(106)에서 제 1 반응물의 유기 기판 필름 제 1 면 층의 표면으로의 접착을 용이하게 한다. 기판 필름 층으로 및 차단벽 층의 가장자리로 침착 종들 또는 전구체들을 접착시키는 것은, 최적의 온도, 예를 들어 기판 물질의 유리 전이 온도 초과의 온도에서 다층 필름을 가공함으로써 달성될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 다층 필름의 층으로의 반응물의 접착을 용이하게 하기 위한 방법은, 느슨한 입자들을 움직이게 하고 다층 필름에서 약한 스팟 및 크랙들을 밀봉하기 위해 초음파를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 차단벽 층이 작용기를 함유하는 경우, 제 2 반응물은, 이것이 상기 작용기에 대해 반응성이어서, 차단벽 층에 화학적으로 결합된 단일층을 형성하도록 선택될 수 있고, 반응 층을 형성하기 위한 선택적인 추가 반응에 관여할 수 있다. 차단벽 층이 어떠한 작용기도 갖지 않는 경우, 차단벽 층의 표면을 작용화하기 위해서, 초기 침착이 수행될 수도 있다.
차단벽 층의 개구부 또는 공동에서의 생성된 반응 층은, 금속, 예를 들어 이로서 한정하는 것은 아니지만 아연, 카드뮴, 규소, 알루미늄, 게르마늄, 구리, 텅스텐, 티탄 또는 탄탈을 포함할 수 있거나, 금속계 화합물, 이로서 한정하는 것은 아니지만 금속 할로겐화물, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 또는 이금속 또는 삼금속 화합물이 침착 종들 또는 전구체를 사용하여 차단벽 층의 표면에서의 반응에 의해 수득될 수 있다. 침착 종들 또는 전구체의 비-제한적인 예는, 금속 또는 금속 전구체, 예를 들어 금속 할로겐화물, 금속 알킬 화합물, 금속 알콕사이드, 오르쏘실리케이트, 금속 베타-다이케토네이토 화합물, 금속 사이클로펜타다이에닐 화합물, 금속 카복실레이트, 금속 카보닐, 금속 수소화물, 금속 알킬아마이드 또는 실릴아마이드, 또는 바이메탈 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 금속 할로겐화물은, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 규소, 게르마늄, 티탄, 지르코튬, 하프늄, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 구리, 아연 또는 카드뮴의 할로겐화물을 포함한다. 원자층 침착 공정의 하나의 실시양태에서, 기판 필름 층 위의 제 1 침착 종들 또는 전구체들은, 비-금속 및/또는 기타 전구체를 포함할 수 있고, 차단벽 층 위의 제 2 침착 종들은 기판 필름 층 위에 침착된 비-금속의 제 1 침착 종들 또는 전구체와 반응할 수 있는 것으로, 전술한 금속 또는 금속 전구체를 포함할 수 있다. 예시적인 비-금속 및 기타 전구체는, 황, 셀레늄, 텔루륨, 물, 산소, 알콜, 암모니아 또는 비-금속 수소화물 또는 황화물을 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시양태에서, 알루미나를 포함하는 반응층이 차단벽 층 위의 트라이메틸 알루미늄(TMA)을 포함하는 제 2 침착 종들 또는 전구체를 사용하여 차단벽 층의 개구부에 침착되고, 그 다음 상기 기판 층 필름 위에 물, 알콜, 실란올 또는 이들의 조합을 포함하는 제 1 침착 종들 또는 전구체가 뒤따를 수 있다. 또다른 실시양태에서, 기판 필름 층은 기상 TMA에 먼저 노출시키고, 그다음 불활성 가스로 퍼징하고, 후속적으로 물 또는 알콜의 증기에 노출되어 사이클을 완성할 수 있다. 또다른 예시적인 예에서, 실리카 나노라미네이트를 포함하는 반응 층은, 차단벽 층을 교대하는 침착 종들, 예를 들어 촉매작용 화합물에 노출시키고, 그다음 알콕시실란올, 알콕시알킬실란올 또는 알콕시실란다이올 화합물에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 적합한 촉매작용 화합물은, 금속 카복실레이트 또는 금속 알콜레이트, 예를 들어 이로서 한정하는 것은 아니지만 다이부틸 주석 다이라우레이트, 다이부틸 주석 다이아세테이트, 티타늄 아이소프로폭사이드, 아연 옥토에이트, 이들의 혼합물 등을 포함한다.
도 3은, 본 발명의 또다른 실시양태에 따라 기판 필름 위에 반응 층을 형성하는 방법에 대한 흐름도(200)를 도시한다. 상기 기판 필름은 특징부 및 물질 특성들 측면에서 기판 필름 층(12)(도 1에 도시되어 있음)과 유사하지만, 공정의 개시에서 차단벽 필름을 갖지 않는다는 점을 주목해야 한다. 단계(202)에서, 상기 방법은 제 1 외면 및 제 2 외면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(204)에서, 상기 방법은 제 1 외면을 제 1 반응물에 노출시킴을 포함한다. 추가로, 상기 방법은 단계(206)에서 기판 필름의 제 2 외면을 제 2 반응물에 노출시킴을 포함하되, 상기 제 2 반응물이 상기 제 1 반응물과 반응성이어서 반응 층을 형성한다. 상기 반응물은, 전술한 도 2에서 구체화한 방법에서 이미 논의된 바와 같이 침착 종들 또는 전구체와 유사함에 주목할 수 있다. 추가로, 하나의 실시양태에서, 기판 필름은 제 1 반응물에 대해 투과성이어서, 기판 필름 층의 제 2 외면에서의 제 2 반응물과 제 1 반응물 사이의 반응이 일어난다. 또다른 실시양태에서, 기판 필름은 제 2 반응물에 대해 투과성이어서, 제 2 반응물은 기판 필름에 투과하여 제 1 반응물과 반응하고 기판 필름의 제 1 외면에 반응 층을 형성한다.
도 4는, 본 발명의 또다른 실시양태에 따라 기판 필름 위에 반응 층을 형성하는 방법에 대한 흐름도(300)를 도시한다. 기판 필름은 특징부 및 물질 특성 측면에서 기판 필름 층(12)(도 1에서 도시함)과 유사한 것에 주목해야 한다. 단계(302)에서, 상기 방법은 제 1 외면 및 제 2 외면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(304)에서, 상기 방법은 기판 필름을 제 1 반응물로 포화시키는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 단계(306)에서 기판 필름의 제 1 외면 또는 제 2 외면을 제 2 반응물에 노출시키는 단계를 포함한다. 제 2 반응물이 제 1 반응물과 반응하여 반응층을 형성한다. 또다른 실시양태에서, 상기 방법은 포화된 기판 필름의 외면 둘다를 제 2 반응물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있고, 결과적으로 기판 필름의 양쪽 외면 위에 반응 층의 형성을 유발한다. 전술한 도 2에서 구체화된 방법에서 이미 논의된 바와 같이, 반응물은 침착 종들 또는 전구체와 유사함에 주목할 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 실시양태에 따른 다층 필름은, 가요성, 광학적 투명도, 중량 또는 비용으로 인해 금속 호일 또는 유리 시트와 같은 진정한 불투과성 기판의 사용이 배제되는, 밀봉된 식품 포장재, 음료수 병을 제조하기 위한 포장 산업에서, 많은 약학, 광학 및 전자 산업에서 그 용도를 찾을 수 있다. 다층 필름의 또다른 적용례는, 이로서 한정하는 것은 아니지만 환경에 일반적으로 영향을 미치는 반응성 화학물질 종들에 예민한 전기활성 장치와 같은 장치 또는 구성성분들을 포함한다. 전기활성 장치의 비-제한적인 예는, 전자발광 장치, 액정 디스플레이(LCD)를 포함하는 플렉시블 디스플레이 장치, 박막 트랜지스터 LCD, 발광 다이오드(LED), 발광 장치, 유기 발광 장치(OLED), 광전자 장치, 광발전 장치, 유기 광발전 장치, 집적회로, 광전도체, 광검출기, 화학 센서, 생화학 센서, 의료 진단 시스템의 구성요소, 감전발색 장치, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또다른 예에서, 본 발명의 실시양태에서 기술한 바와 같은, 다층 필름은 환경에 일반적으로 존재하는 화학물질 시약 또는 생화학 시약에 의해 쉽게 못쓰게 되는, 물질들, 예를 들어 식품을 포장하는데 유리하게 사용될 수 있다.
추가로, 당업계의 숙련자들은 상이한 실시양태로부터 다양한 특징부를 상호교환할 수 있음을 알 것이다. 유사하게, 기술된 다양한 단계들 및 특징부, 뿐만 아니라 각각의 이러한 방법 및 특징부에 대한 다른 공지된 동등물도 당업계의 숙련자들에 의해 혼합되고 매칭되어, 이러한 개시내용의 원리에 따라 부가적인 시스템 및 기술을 구성할 수 있다. 물론, 전술한 모든 이러한 목적 또는 이점들이 반드시 임의의 구체적인 실시양태에 따라 달성될 수 있다고는 할 수 없음이 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 당 분야의 숙련자라면, 본원에서 기술한 시스템 및 기법이 본원에서 교시하거나 제안할 수 있는 다른 목적 또는 이점들을 필수적으로 달성하지 않으면서, 본원에서 교시한 하나의 이점 또는 이점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로, 구체화되거나 수행될 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명의 단지 특정 특징부가 본원에서 설명되고 기술되고 있지만, 당 분야의 숙련자라면 많은 다른 변형 및 변화를 시도할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진의 내의 모든 이러한 변형 및 변화를 포괄하는 것으로 이해되어야만 한다.

Claims (20)

  1. 기판 필름 제 1 면 및 기판 필름 제 2 면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계;
    상기 기판 필름과 상기 차단벽 층 외면 사이의 유체 연통을 허용하는 하나 이상의 개구부를 갖고 상기 기판 필름 제 2 면에 인접한 차단벽(barrier) 층을 제공하는 단계;
    상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계; 및
    상기 차단벽 층 외면을 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 노출시키는 단계
    를 포함하고, 이때 상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계 및 상기 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 노출시키는 단계가, 상기 제 1 반응물과 제 2 반응물 사이의 반응이 반응 층의 형성을 유도하는 조건하에서 수행되는, 다층 필름의 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 층의 형성이 상기 차단벽 층 내 상기 개구부를 막는, 가공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단벽 층 내 하나 이상의 개구부가 핀홀 결함 또는 크랙인, 가공 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 필름이 열가소성 물질을 포함하는, 가공 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단벽 층이 0가 금속을 포함하고, 상기 0가 금속이 금, 은 및 알루미늄으로 구성된 군 중에서 선택되는, 가공 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    차단벽 물질이 금속, 질화물, 유기 물질, 무기 물질 및 세라믹 물질을 포함하는 군 중에서 선택되는, 가공 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계 및 상기 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 노출시키는 단계가 동시에 수행되는, 가공 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 필름 제 1 면을 제 1 반응물에 접촉시키는 단계 및 상기 차단벽 층 외면을 제 2 반응물에 접촉시키는 단계가 비-동시적으로 수행되는, 가공 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반응물이 물, 황, 셀레늄, 텔루륨, 산소, 알콜, 암모니아 또는 비-금속 수소화물 또는 황화물을 포함하는 군 중에서 선택되는, 가공 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반응물이 오르쏘실리케이트(orthosilicate)인, 가공 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반응물이 금속 할로겐화물, 금속 알킬 화합물, 금속 알콕사이드, 오르쏘실리케이트, 금속 베타-다이케토네이토 화합물, 금속 사이클로펜타다이엔일 화합물, 금속 카복실레이트, 금속 카보닐, 금속 수소화물, 금속 알킬아마이드 또는 실릴아마이드 또는 바이메탈(bimetallic) 화합물, 또는 이들의 조합으로 군 중에서 선택되는, 가공 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 필름이 유기 필름인, 가공 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 필름 및 상기 차단벽 층에 상기 제 1 반응물을 접착시키기 위한 유기금속 화합물을 첨가하는 단계를 포함하는 가공 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반응물 및 상기 제 2 반응물 사이의 반응을 위한 최적 온도를 제공하는 단계를 포함하는 가공 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    초음파 시스템, 플라즈마 공급원 및 자외선 공급원으로 구성된 군 중에서 선택된 공급원으로부터 반응을 위한 추가 에너지를 제공하는 단계를 포함하는 가공 방법.
  16. 제 1 외면 및 제 2 외면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계;
    상기 제 1 외면을 제 1 반응물에 노출시키는 단계; 및
    상기 기판 필름의 제 2 외면을 제 2 반응물에 노출시키되, 상기 제 2 반응물이 상기 제 1 반응물과 반응하여 반응 층을 형성하는 단계
    를 포함하되, 상기 기판 필름이 제 1 반응물에 대해 투과성이어서 상기 기판 필름의 제 2 외면 위에서 상기 제 1 반응물과 제 2 반응물 사이의 반응이 일어나는, 기판 필름 위에 반응 층을 형성하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판 필름이 열가소성 물질을 포함하는, 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판 필름에 인접하게 복수개의 차단벽 층들을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제 1 외면과 제 2 외면을 갖는 기판 필름을 제공하는 단계;
    상기 기판 필름을 제 1 반응물로 포화시키는 단계; 및
    포화된 기판 필름의 제 1 외면 또는 제 2 외면을 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 노출시켜 반응 층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 기판 필름 위에 반응 층을 형성하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    포화된 기판 필름의 제 1 외면 및 제 2 외면 둘다를 상기 제 1 반응물과 반응성인 제 2 반응물에 노출시켜 반응 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
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