KR101051447B1 - 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치 - Google Patents

인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치 Download PDF

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김정수
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Abstract

본 발명의 목적은 ITO를 대체하여 저가로 대량 생산할 수 있도록 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치는, 투명필름에 설정된 패턴으로 금속 배선을 형성하는 인쇄부, 및 상기 투명필름에 용액형 투명전극을 코팅하여 투명전극을 형성하는 코팅부를 포함한다.

Description

인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치 {TRANSPARENT ELECTRODE MANUFACTURING APPARATUS USING METAL GRID BASED PRINTING}
본 발명은 저가로 대량 생산할 수 있도록 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 투명전극(Transparent electrode)은 가시광 영역의 빛을 투과하면서, 또한 설정된 전기 전도성을 가지는 기능성 박막전극이다. 예를 들면, 투명전극은 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP), 유기발광 표시장치(OLED) 및 전계발광 표시장치(FED) 등의 평판 디스플레이, 터치패널, 투명 전자파 차폐막, 투명 정전기 방지막, 통신기기용 평면 안테나, 열반사 코팅막 및 태양전지 등에 사용된다.
투명전극은, 비저항이 1*10-3Ω/sq 이하이고, 표면저항이 103Ω/sq 이하로 전기 전도성이 우수하며, 380 내지 780nm의 가시광 영역에서의 투과율이 80% 이상이라는 2가지 성질을 가진다. 따라서 투명전극에 사용되는 도전성 재료는 금속, 금속산화물, 전도성고분자 및 탄소재료 등을 포함한다.
금속산화물 도전성 재료의 일례인, 산화인듐주석(ITO, indium tin oxide)은 높은 투과율과 낮은 전기 저항값을 가지므로 널리 쓰이고 있다. 그러나 ITO는 고가인 인듐을 주원료로 하며, ITO 박막 제조 공정에 고가의 진공 증착 장비를 필요로 한다.
또한, 플라스틱 필름에 ITO를 코팅한 투명전극은 외부의 작은 충격이나 응력에 의하여 부서지기 쉽고, 플라스틱 필름을 휘거나 접을 때, 기계적인 안정성이 취약하며, 플라스틱 필름과의 열팽창계수 차이에 따른 열변형으로 전기적 특성이 변화된다.
본 발명의 목적은 ITO를 대체하여 저가로 대량 생산할 수 있도록 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치는, 투명필름에 설정된 패턴으로 금속 배선을 형성하는 인쇄부, 및 상기 투명필름에 용액형 투명전극을 코팅하여 투명전극을 형성하는 코팅부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치는, 공급롤에서 회수롤로 진행되는 상기 투명필름의 표면을 처리하는 표면 처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치는, 상기 인쇄부 및 상기 코팅부의 후방에 각각 구비되는 건조부를 더 포함할 수 있다.
상기 인쇄부는, 상기 투명필름에 오목 홈을 형성하고 상기 오목 홈에 금속 배선을 형성하는 음각 인쇄부, 및 상기 투명필름의 표면에 볼록한 금속 배선을 형성하는 양각 인쇄부를 포함하며, 상기 음각 인쇄부와 상기 양각 인쇄부는, 선택적으로 사용될 수 있다.
상기 음각 인쇄부는, 열형 롤 임프린팅, 핫 엠보싱, NIL(Nanoimprint Lithography), 및 열 임프린팅 중 어느 하나의 장치로 형성될 수 있다.
상기 음각 인쇄부는, 상기 투명필름에 임프린팅 할 원본 패턴을 구비한 임프린팅 스템프를 장착하는 히팅롤, 상기 히팅롤의 반대측에서 상기 투명필름을 지지하는 서브롤, 및 임프린팅 된 상기 투명필름에 금속 패이스트를 채워서 금속 배선을 형성하는 닥터 블레이드를 포함할 수 있다.
상기 양각 인쇄부는, 그라비어 인쇄, 옵셋, 잉크젯, 마이크로 컨텍 프린팅, 플렉소(flexo) 및 스크린 인쇄 중 어느 하나의 장치로 형성될 수 있다.
상기 양각 인쇄부는, 금속 패이스트 패턴을 형성하는 그라비어롤, 상기 그라비어롤과 상기 투명필름에 접촉되어 상기 그라비어롤의 패턴된 금속 패이스트를 상기 투명필름에 전사하는 블랭킷롤, 및 상기 블랭킷롤의 반대측에서 상기 투명필름을 지지하는 서브롤을 포함할 수 있다.
상기 코팅부는, 스핀 코팅, 스롯 다이 코팅, ESD(electrostatic deposition) 코팅, 스프레이 코팅 및 마이크로 그라비어 코팅 중 어느 하나의 장치로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인쇄부에서 투명필름에 설정 패턴으로 금속 배선을 형성하고, 코팅부에서 투명필름에 용액형 투명전극을 코팅함으로써, 금속 배선에 의한 높은 전기 전도성과 용액형 투명전극 및 투명필름에 의한 높은 투과율을 가지는 즉, ITO를 대체할 수 있는 저가의 투명전극을 대량으로 생산하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 인쇄부에 음각 인쇄부와 양각 인쇄부를 구비하여 선택적으로 구동 가능케 함으로써, 하나의 장비를 사용하여 투명필름에 음각 또는 양각의 금속 배선을 가지는 투명전극을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 투명전극 제조 장치를 이용하여 투명필름의 오목 홈에 금속 배선을 형성하는 작동 상태도이다.
도 3은 열형 롤 임프린팅 방식으로 투명필름에 금속 배선을 형성하는 작동 상태도이다.
도 4는 도 1의 투명전극 제조 장치를 이용하여 투명필름의 표면에 금속 배선을 형성하는 작동 상태도이다.
도 5는 그라비어 옵셋 인쇄 방식으로 투명필름에 금속 배선을 형성하는 작동 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 투명전극 제조 장치는 인쇄부(100)와 코팅부(200)를 포함하여, 투명전극을 연속 공정으로 제조하도록 형성된다.
즉 인쇄부(100)는 투명필름(1)에 설정된 패턴으로 금속 배선을 형성하고, 코팅부(200)는 금속 배선이 형성된 투명필름(1)에 용액형 투명전극을 코팅한다. 예를 들면, 투명필름(1)은 열변형 가능한 플라스틱 필름으로 형성될 수 있다.
또한, 투명전극 제조장치는 투명필름(1)을 연속적으로 진행시키는 공급롤(2)과 회수롤(3) 및 투명필름(1)의 표면을 처리하는 표면 처리부(300)를 구비한다.
공급롤(2)과 회수롤(3) 사이에는 연속적으로 진행되는 투명필름(1)을 지지하고, 투명필름(1)의 진행 방향을 설정하는 지지롤들(5)이 구비된다. 공급롤(2), 회수롤(3), 지지롤(5) 및 띠 상의 투명필름(1)은 인쇄기반의 연속 공정으로 투명전극의 생산을 가능케 한다. 즉 투명필름은 롤투롤 인쇄 기반의 공정으로 저가격 대량 생산될 수 있다.
표면 처리부(300)는 인쇄부(100)의 전방에 설치되어 투명필름(1)을 통과시킨다. 표면 처리부(300)는 공급롤(2)과 회수롤(3)에 의하여 일 방향으로 진행되는 투명필름(1)의 표면을 처리하여, 인쇄부(100)에서 투명필름(1)에 금속 배선을 형성하고, 코팅부(200)에서 투명필름(1)에 용액형 투명전극을 코팅할 수 있게 한다.
예를 들면, 표면 처리부(300)는 UV 램프(도 1 참조) 또는 플라즈마 처리기(미도시)로 형성되어, UV 또는 플라즈마로 투명필름(1)의 표면을 안정화 및 크리닝 할 수 있다.
인쇄부(100)는 투명필름(1)에 대한 금속 배선의 형상에 대응하도록 형성된다. 예를 들면, 인쇄부(100)는 투명필름(1)에 오목 홈을 형성하고, 오목 홈에 금속 배선을 형성하는 음각 인쇄부(101), 및 투명필름(1)의 표면에 볼록한 금속 배선을 형성하는 양각 인쇄부(102)를 포함한다.
인쇄부(100)에서, 음각 인쇄부(101)와 양각 인쇄부(102)는 투명전극의 형성 방식에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 음각 인쇄부(101)가 작동되어 음각 인쇄부(101)로 금속 배선을 형성하며, 도 4에 도시된 바와 같이, 양각 인쇄부(102)가 작동되어 양각 인쇄부(102)로 금속 배선을 형성한다.
또한, 투명전극 제조장치는 인쇄부(100)의 후방 및 코팅부(200)의 후방에 각각 구비되는 제1, 제2, 제3 건조부(401, 402, 403)를 더 구비할 수 있다. 즉 제1, 제2 건조부(401, 402)는 음각 인쇄부(101)와 양각 인쇄부(102)의 각 후방에 구비된다. 따라서 제1, 제2 건조부(401, 402)는 투명필름(1)에 인쇄된 각각의 금속 배선을 건조시킴으로써, 후 공정인, 용액형 투명전극의 코팅을 신속히 전행할 수 있게 한다.
제3 건조부(403)는 인쇄 공정 후, 코팅부(200)에서 투명필름(1)에 코팅된 용액형 투명전극을 건조시킴으로써, 투명전극을 형성한 투명필름(1)을 회수롤(3)에 바로 감을 수 있게 한다.
음각 인쇄부(101)는 열형 롤 임프린팅, 핫 엠보싱, NIL(Nanoimprint Lithography), 및 열 임프린팅 중 어느 하나의 장치로 형성될 수 있고, 양각 인쇄부(102)는 그라비어 인쇄, 옵셋, 잉크젯, 마이크로 컨텍 프린팅, 플렉소(flexo) 및 스크린 인쇄 중 어느 하나의 장치로 형성될 수 있다. 편의상, 본 실시예는 음각 인쇄부(101)로 열형 롤 임프린팅 방식을 예시하고, 양각 인쇄부(102)로 그라비어 인쇄 방식을 예시한다.
도 2는 도 1의 투명전극 제조 장치를 이용하여 투명필름의 오목 홈에 금속 배선을 형성하는 작동 상태도이고, 도 3은 열형 롤 임프린팅 방식으로 투명필름(1)에 금속 배선(14)을 형성하는 작동 상태도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 음각 인쇄부(101)는 투명필름(1)에 금속 배선(14)을 형성하는 히팅롤(111), 서브롤(121) 및 닥터 블레이드(131)와 세척롤(141)을 포함한다.
히팅롤(111)은 투명필름(1)에 임프린팅 할 원본 패턴(P)을 구비한 임프린팅 스템프(S)를 장착한다. 서브롤(121)은 히팅롤(111)의 반대측에 배치되어, 히팅롤(111)이 투명필름(1)을 임프린팅 하도록 투명필름(1)을 지지한다(a). 이때, 투명필름(1)은 공급롤(2)과 회수롤(3)의 구동으로 표면 처리부(300)에서 표면 처리된 후, 히팅롤(111)과 서브롤(121) 사이로 공급된다.
닥터 블레이드(131)는 임프린팅 된 후, 진행되는 투명필름(1)의 오목 홈(11)에 금속 패이스트(13)를 채워서 금속 배선(14)을 형성한다(b). 금속 배선(14)은, 설정된 선폭과 간격을 가지는 원형, 삼각형, 육각형, 빗살 모양, 크로스형 또는 메시형과 이들의 혼용 및 변형 구조로 형성될 수 있다.
이때, 세척롤(141)은 진행되는 투명필름(1)의 표면 및 금속 배선(14)의 표면을 크리닝 한다(b). 따라서 오목 홈(11)에 채워져 형성되는 금속 배선(14)은 투명필름(1)의 표면과 동일한 높이를 가지는 평면을 형성한다.
즉 투명전극은 투명필름(1)의 양면에서 평면을 가진다. 이때, 투명필름(1)이 제1 건조부(401)를 경유하므로 금속 배선(14)이 건조된다. 이때, 양각 인쇄부(102)는 작동하지 않으며, 제2 건조부(402)는 작동 또는 비작동 할 수 있다.
금속 배선(14)을 형성한 투명필름(1)이 더 진행되면, 코팅부(200)는 투명필름(1)에 용액형 투명전극(15)을 코팅한다(c). 따라서 용액형 투명전극(15)은 금속 배선(14)과 투명필름(1)을 동일한 두께로 코팅된다. 이때, 투명필름(1)이 제3 건조부(403)를 경유하므로 용액형 투명전극(15)이 건조된다. 용액형 투명전극(15)은 전도성 폴리머, CNT 또는 그래핀(grapheme)으로 대치될 수도 있다.
예를 들면, 코팅부(200)는 스핀 코팅, 스롯 다이 코팅, ESD(electrostatic deposition) 코팅, 스프레이 코팅 및 마이크로 그라비어 코팅 중 어느 하나의 장치로 형성될 수 있다. 구동상, 스핀 코팅은 투명필름(1)을 회전시키므로 투명필름(1)을 설정된 길이로 절단하는 경우에 적용될 수 있다(미도시).
도 4는 도 1의 투명전극 제조 장치를 이용하여 투명필름의 표면에 금속 배선을 형성하는 작동 상태도이고, 도 5는 그라비어 옵셋 인쇄 방식으로 투명필름(21)에 금속 배선(24)을 형성하는 작동 상태도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 양각 인쇄부(102)는 투명필름(21)의 표면에 볼록한 박막의 금속 배선(24)을 형성하는 그라비어롤(112), 블랭킷롤(122) 및 서브롤(132)을 포함한다.
그라비어롤(112)은 금속 패이스트(23) 패턴을 형성하도록 오목 홈(G)의 패턴을 가지며, 오목 홈(G)에 금속 패이스트(23)가 채워져 구동된다. 블랭킷롤(122)은 그라비어롤(112)과 투명필름(21)에 접촉되어 회전하면서 그라비어롤(112)의 패턴된 금속 패이스트(23)를 투명필름(1)의 표면에 전사한다(a). 서브롤(132)은 블랭킷롤(122)의 반대측에 배치되어 블랭킷롤(122)과 함께 투명필름(21)을 지지한다. 이때, 투명필름(21)은 공급롤(2)과 회수롤(3)의 구동으로 표면 처리부(300)에서 표면 처리되어, 블랭킷롤(122)과 서브롤(132) 사이로 공급된다.
따라서 투명필름(21)의 표면에 형성되는 금속 배선(24)은 투명필름(21)의 표면보다 높게 형성된다. 이때, 투명필름(21)이 제2 건조부(402)를 경유하므로 금속 배선(24)이 건조된다. 또한, 음각 인쇄부(101) 및 제1 건조부(401)는 작동하지 않는다.
금속 배선(24)을 형성한 투명필름(21)이 더 진행되면, 코팅부(200)는 투명필름(21)에 용액형 투명전극(25)을 코팅한다(b). 따라서 투명필름(21) 상에서 용액형 투명전극(25)과 금속 배선(24)이 동일한 두께로 형성되어, 평면을 형성한다. 즉 투명전극은 양면에 평면을 가진다. 이때, 투명필름(21)이 제3 건조부(403)를 경유하므로 용액형 투명전극(25)이 건조된다.
이와 같이, 일 실시예의 투명전극 제조 장치는 음각 인쇄부(101)와 양각 인쇄부(102)를 구비하여 선택적으로 구동함으로써 음각 또는 양각 타입의 투명전극을 하나의 장치에서 생산하는 장점을 가질 수 있다.
일 실시예는 인쇄 공정을 기반으로 투명전극을 형성하므로 상온에서 별도의 진공 또는 증착 공정을 적용하지 않고, 투명전극을 비교적 쉽게 생산할 수 있다. 즉 일 실시예는 고가의 투명전극 물질(예를 들면, ITO, ZnO, TiO2) 및 고가의 장비(예를 들면, 진공 증착 장비)를 필요로 하지 않는다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 21 : 투명필름 2 : 공급롤
3 : 회수롤 5 : 지지롤
11, G : 오목 홈 13, 23 : 금속 패이스트
14, 24 : 금속 배선 15, 25 : 용액형 투명전극
100 : 인쇄부 101 : 음각 인쇄부
102 : 양각 인쇄부 111 : 히팅롤
112 : 그라비어롤 121, 132 : 서브롤
122 : 블랭킷롤 131 : 닥터 블레이드
141 : 세척롤 200 : 코팅부
300 : 표면 처리부 401, 402, 403 : 제1, 제2, 제3 건조부
M : 임프린팅 스템프 P : 원본 패턴

Claims (9)

  1. 임프린팅 할 원본 패턴을 가지고 열형 롤 임프린팅으로 투명필름에 설정된 패턴으로 오목 홈을 형성하고 상기 오목 홈에 금속 패이스트를 채워서 금속 배선을 형성하는 음각 인쇄부를 포함하는 인쇄부; 및
    상기 금속 배선을 형성한 상기 투명필름에 용액형 투명전극을 코팅하여 투명전극을 형성하는 코팅부
    를 포함하는 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    공급롤에서 회수롤로 진행되는 상기 투명필름의 표면을 처리하는 표면 처리부
    를 더 포함하는 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄부 및 상기 코팅부의 후방에 각각 구비되는 건조부
    를 더 포함하는 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄부는,
    상기 투명필름의 표면에 볼록한 금속 배선을 형성하는 양각 인쇄부를 더 포함하며,
    상기 음각 인쇄부와 상기 양각 인쇄부는,
    선택적으로 사용되는 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  5. 삭제
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 음각 인쇄부는,
    상기 원본 패턴을 구비한 임프린팅 스템프를 장착하는 히팅롤,
    상기 히팅롤의 반대측에서 상기 투명필름을 지지하는 서브롤, 및
    임프린팅 된 상기 투명필름에 금속 패이스트를 채워서 금속 배선을 형성하는 닥터 블레이드
    를 포함하는 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 양각 인쇄부는,
    그라비어 인쇄, 옵셋, 잉크젯, 마이크로 컨텍 프린팅, 플렉소 및 스크린 인쇄 중 어느 하나의 장치로 형성되는
    인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 양각 인쇄부는,
    금속 패이스트 패턴을 형성하는 그라비어롤,
    상기 그라비어롤과 상기 투명필름에 접촉되어 상기 그라비어롤의 패턴된 금속 패이스트를 상기 투명필름에 전사하는 블랭킷롤, 및
    상기 블랭킷롤의 반대측에서 상기 투명필름을 지지하는 서브롤
    을 포함하는 인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅부는,
    스핀 코팅, 스롯 다이 코팅, ESD 코팅, 스프레이 코팅 및 마이크로 그라비어 코팅 중 어느 하나의 장치로 형성되는
    인쇄기반 금속 배선을 이용한 투명전극 제조 장치.
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