KR101472795B1 - 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비 - Google Patents

자기력을 이용한 나노박막 전사 장비 Download PDF

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장봉균
이학주
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Abstract

본 발명은 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연기판에 나노박막을 전사하기 위한 전사 장비에 자기장 발생 장치를 구비하고 자기장을 발생시켜, 자성을 띠는 나노물질의 자기정렬 방향을 유연기판으로 향하게 함으로써, 유연기판과 나노박막 사이에 접착력을 향상시켜 유연기판에서 나노박막이 쉽게 떨어지는 파손현상을 저감시킬 뿐만 아니라, 나노박막 전사의 신뢰성이 향상되는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비에 관한 것이다.

Description

자기력을 이용한 나노박막 전사 장비{Transfer Technology of Nano-thin film Using Magnetic Force}
본 발명은 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연기판에 나노박막을 전사하기 위한 전사 장비에 자기장 발생 장치를 구비하여 자기장을 발생시키고 이때 발생한 본 자기장을 자성을 띠는 나노박막의 전사에 이용하는 것이다.
자성은 물질의 자기적인 성질을 말하며 구체적으로는 물체가 자기장 속에서 자화되는 성질을 의미한다.
물체는 외부에서 자기장이 가해지게 되면 원자가 가지는 자기모멘트가 자기장의 영향을 받아 정렬하게 되는데, 일반적인 물질은 외부자기장에 대해 약한 정도의 자기정렬이 일어나고 외부자기장을 제거하면 자기정렬도 사라지게 되는데 이를 상자성체라고 한다.
이에 반해, 자기정렬이 외부자기장의 반대방향으로 일어나는 경우는 반자성체라고 한다.
상기의 상자성체와 반자성체는 자기장이 가해지는 경우에만 자기 정렬이 일어나게 된다.
반자기성 나노박막에는 그래핀이라 불리는 원자층 두께의 탄소 나노박막, DLC(Diamond-Like Carbon), 산화물 나노박막, 반도체 나노박막이 있으며, 금속 나노박막에는 금, 은, 수은, 비스무트 등이 있으며, 상자기성 나노박막에는 우라늄, 텅스텐, 세슘, 알루미늄, 리튬, 마그네슘 등이 포함된다.
위에서 언급한 바와 같이, 상자기성 나노물질과 반자기성 나노물질 간에는 자기장에 대한 반대의 힘이 작용하므로, 본 발명에서는 나노박막과 유연기판간의 위치변경 및 자기장 발생 장치의 위치 변경을 통해 나노박막이 유연기판에 밀착되는 방향으로 자기력이 작용되도록 한다.
본 발명은 유연기판과 나노박막 사이에 접착 코팅층이 있는 경우에도 사용이 가능하지만, 접착 코팅층이 없는 경우에 더욱 유리하게 적용된다.
별도의 접착 코팅층이 없으므로 유연기판과 나노박막은 반데르발스 힘으로 서로 접착되며, 발데르발스 힘에 의한 접착에너지는 유연기판과 나노박막 사이의 거리의 제곱에 반비례한다.
따라서, 본 발명은 유연기판과 나노박막이 나노스케일에서 밀착되도록 하는 수단을 제공하여, 별도의 접착층이 없는 경우에도 유연기판과 나노박막 사이에 접착력을 향상시켜 유연기판에서 나노박막이 쉽게 떨어지는 파손현상을 저감시킬 뿐만 아니라, 나노박막 전사의 신뢰성이 향상된다.
그래핀을 포함하는 나노박막을 전사하기 위한 기존의 방법 1은 표면이 고르지 않은 유연기판위에 얇은 코팅층을 형성하고, 그 위에 나노박막이 합성된 구리포일을 부착하여 전사하며 그 후, 코팅층을 경화하고 구리포일을 식각하는 방법이다.
상기의 방법은 나노박막이 코팅층과 잘 밀착되어 쉽게 떨어지지 않는 장점이 있으나, 코팅층이 광학적인 산란이나 흡수를 야기함으로써 필름의 투명도를 저하시키는 문제점이 있다.
기존의 방법 2는 나노박막이 합성된 구리포일을 열박리 테이프에 붙이고 구리포일을 식각한 후에, 유연기판에 밀착시킨 다음 온도를 가하여 열박리 테이프를 제거하는 방법이다.
위와 유사하게 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2011-0072023호에는 그래핀의 롤투롤 전사 방법, 그래핀의 롤투롤 전사 장치 및 그래핀 롤이 제안되었다.
상기의 방법은 제1롤러부에 의해 기재-그래핀층-제1유연성기재를 포함하는 적층제를 형성하고, 제2롤러부를 이용하여 상기 적층제를 에칭 용액 내로 함침시켜 통과하도록 하여 기재를 제거함과 동시에 상기 그래핀층과 상기 제1유연성 기재 상에 전사하는 방법이다.
기존의 방법 2와 대한민국 공개특허공보 10-2011-0072023호는 코팅층의 구비가 필요하지 않으므로 광학적 투과성이 뛰어난 장점이 있으나, 유연기판과 그래핀을 포함하는 나노박막 사이의 접착력 부족으로 나노박막이 쉽게 박리되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유연기판에 나노박막을 전사하기 위한 나노박막 전사 공정에서 자기장 발생 장치에서 발생된 자기장을 반자성 및 상자성을 띠는 나노박막의 전사에 이용함으로써, 나노박막과 유연기판간의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 나노박막 전사의 수율을 높일 수 있는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 나노박막의 전사 공정에 있어서, 그래핀과 같이 반자성을 띠는 나노박막의 전사에 이용되어 전사 수율을 높일 뿐만 아니라, 전사되는 유연기판과 나노박막의 위치를 변경하여 상자성을 띠는 나노박막의 전사 수율을 높이는 데에도 이용될 수 있는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 유연기판, 나노박막, 테이프층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 전사대상의 상하부를 압착하여 상기 나노박막을 상기 유연기판에 전사하는 나노박막 전사 장비로서, 상기 전사대상의 상부에 배치되는 제1상부롤러, 상기 제1상부롤러에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상의 하부의 제1하부롤러를 포함하여 이루어지는 제1롤러부; 상기 전사대상의 상부에 배치되는 제2상부롤러, 상기 제2상부롤러에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상의 하부의 제2하부롤러, 상기 제2상부롤러 및 상기 제2하부롤러 중 선택되는 적어도 어느 하나에 구비되는 자기장 발생 장치를 포함하여 이루어지는 제2롤러부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 상기 제2상부롤러 및 상기 제2하부롤러 중 선택되는 적어도 어느 하나에 박리장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 박리 장치는 열에 의해 상기 테이프층을 박리하는 열 발생 장치인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 박리 장치는 자외선에 의해 상기 테이프층을 박리하는 자외선 발생 장치인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 자기장 발생 장치는 영구 자석 또는 코일을 감은 전자석인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 상기 전사대상의 상부에 배치되는 제3상부롤러, 상기 제3상부롤러에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상의 하부의 제3하부롤러, 상기 제3상부롤러 및 상기 제3하부롤러 중 선택되는 적어도 어느 하나에 구비되는 박리 장치를 포함하여 이루어지는 제3롤러부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 유연기판에 나노박막을 전사하기 위한 나노박막 전사 공정에서 자기장 발생 장치에서 발생된 자기장을 반자성 및 상자성을 띠는 나노박막의 전사에 이용함으로써, 나노박막과 유연기판간의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 나노박막 전사의 수율을 높이는 장점을 가진다.
특히, 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 나노박막의 전사 공정에 있어서, 그래핀과 같이 반자성을 띠는 나노박막의 전사에 이용되어 전사 수율을 높일 뿐만 아니라, 전사되는 유연기판과 나노박막의 위치를 변경하여 상자성을 띠는 나노박막의 전사 수율을 높이는 데에도 이용될 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 종래의 나노박막 전사 방법과 전사 장비를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 반자성 나노박막 전사 장비를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 반자성을 띠는 나노박막의 자기정렬 방향을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 상자성 나노박막 전사 장비를 이용하여 상자성 나노박막을 전사하는 것을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 상자성을 띠는 나노박막에 발생한 자기력의 방향을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 박리 장치만 구비된 제3롤러부가 형성된 모습을 나타낸 도면.
이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 종래의 나노박막 전사 방법과 전사 장비를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 반자성 나노박막 전사 장비를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 반자성을 띠는 나노박막의 자기정렬 방향을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 상자성 나노박막 전사 장비를 이용하여 상자성 나노박막을 전사하는 것을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 상자성을 띠는 나노박막에 발생한 자기력의 방향을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 박리 장치만 구비된 제3롤러부가 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 유연기판(30), 나노박막(20), 테이프층(10)이 순차적으로 적층되어 이루어지는 전사대상(1)의 상하로 압착하여 상기 나노박막(20)을 상기 유연기판(30)에 전사하는 나노박막 전사 장비로서, 상기 나노박막 전사 장비에 자기장 발생 장치(40)를 구비하여 자기장을 발생시킴으로써, 자기력에 의해 상기 나노박막(20)과 상기 유연기판(30)간의 접착력을 향상시키는 장비이다.
더욱 상세히 설명하면 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전사대상(1) 상부에 배치되는 제1상부롤러(110)와 상기 제1상부롤러(110)에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상(1)의 하부의 제1하부롤러(120)를 포함하는 제1롤러부(100)가 있으며, 여기서 상기 전사대상(1)이 압착된다.
상기 제1롤러부(100)를 통과한 상기 전사대상(1)은 상기 전사대상(1)의 상부에 배치되는 제2상부롤러(210)와 상기 전사대상(1)의 하부의 상기 제2상부롤러(210)에 상응하는 위치에 배치되는 제2하부롤러(220)를 포함하는 제2롤러부(200)에서 다시 압착된다.
이 때, 상기 제2롤러부(200)는 상기 제2상부롤러(210) 및 상기 제2하부롤러(220) 중 선택되는 적어도 어느 하나에 자기장 발생 장치(40)가 구비된다.
아울러, 본 발명의 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비의 상기 자기장 발생 장치(40)는 회전하지 않는 내부의 축(미도시)에 고정되고, 외부의 원통형 실린더는 회전 가능하도록 구성됨으로써, 롤러의 회전에도 불구하고 자기장 발생 장치(40)의 위치는 일정하게 유지된다.
이 때, 상기의 자기장 발생 장치(40)의 위치 고정 방법은 상기의 내부의 축에 고정되는 방법에 한정되지 않고, 상기 자기장 발생 장치(40) 고정 방법의 다양한 실시예가 가능하다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 자기장 발생 장치(40)는 자기장을 발생시켜 자성을 띠는 나노박막(20)의 자기정렬을 일으킴으로써, 상기 나노박막(20)과 상기 유연기판(30)간에 접착력을 향상시켜 상기 나노박막(20)의 분리 및 파손의 위험을 줄여준다.
도 2 내지 도3은 상기 자기장 발생 장치(40)가 상기 제2상부롤러(210)에 배치된 경우, 자기정렬이 외부자기장의 반대방향으로 일어나는 반자성을 띠는 나노박막(20)의 전사 방법을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전사대상(1)은 상부로부터 테이프층(10), 나노박막(20), 유연기판(30) 순으로 배치되어 있으며, 자기정렬이 상기 제2하부롤러(220)를 향함으로써, 상기 나노박막(20)과 상기 유연기판(30)간의 접착력을 향상시킨다.
반자성을 띠는 나노박막 물질에는 그래핀이라 불리는 원자층 두께의 탄소 나노박막, DLC(Diamond-Like Carbon), 산화물 나노박막, 반도체 나노박막이 있으며, 금속 나노박막에는 금, 은, 수은, 비스무트 등이 있다.
도 4 내지 도 5는 상기 자기장 발생 장치(40)가 상기 제2상부롤러(210)에 배치된 경우, 자기정렬이 외부자기장 방향으로 일어나는 상자성을 띠는 나노박막의 전사 방법을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전사대상(1)은 상부로부터 유연기판(30), 나노박막(20), 테이프층(10) 순으로 배치되어 있으며, 자기정렬이 상기 제2상부롤러(210)를 향함으로써, 상기 나노박막(20)과 상기 유연기판(30)간의 접착력을 향상시킨다.
상자성을 띠는 나노박막 물질에는 우라늄, 백금, 텅스텐, 세슘, 알루미늄, 리튬, 마그네슘 등이 포함된다.
상기에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비를 이용한 전사방법에는 다양한 실시예가 가능한 장점이 있다,
다시 말해, 상기 자기장 발생 장치(40)가 상부의 롤러에 구비되면, 반자성을 띠는 나노박막의 전사에는 상기 전사대상(1)을 상부로부터 상기 테이프층(10), 상기 나노박막(20), 상기 유연기판(30) 순으로 배치하여 전사하며, 상자성을 띠는 나노박막의 전사에는 상기 전사대상(1)을 상부로부터 상기 유연기판(30), 상기 나노박막(20), 상기 테이프층(10)으로 배치하여 전사함으로써, 전사 공정의 수율을 높일 수 있다.
또한, 상기 자기장 발생 장치(40)가 하부의 롤러에 구비되면, 상기의 방법과 반대로 상기 전사대상(1)을 배치함으로써, 반자성 및 상자성을 띠는 나노박막을 전사하여 수율을 높일 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사장비의 상기 자기장 발생 장치(40)는 롤러의 회전과는 상관없이 롤러의 접촉면에 자기장을 가할 수 있도록 구성되며, 영구 자석 또는 코일을 감은 전자석이 구비된다.
특히, 코일을 감은 전자석이 구비될 경우에는 자기장의 방향을 계속 바꾸어줌으로써 상기 나노박막(20)의 접착특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2롤러부(200)는 상기 자기장 발생 장치(40) 뿐만 아니라, 상기 테이프층(10)을 박리하기 위한 박리장치(50)가 구비된다.
상기 테이프층(10)은 열에 의해 박리되는 테이프 또는 자외선에 의해 박리되는 테이프이며, 이에 상응하여 상기 박리 장치(50)도 열 발생 장치 또는 자외선 발생 장치로 구성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 상기 전사대상(1)의 상부에 배치되는 제3상부롤러(310)와 상기 전사대상(1)의 하부의 상기 제3상부롤러(310)에 상응하는 위치에 배치되는 제3하부롤러(320)를 포함하는 제3롤러부(300)가 형성될 수 있다.
특히, 상기 제3롤러부(300)의 가장 큰 특징은 상기 제3상부롤러(310) 및 상기 제3하부롤러(320) 중 선택되는 적어도 어느 하나에 상기 박리 장치(50)가 구비된다.
상기 박리 장치(50)만 구비된 상기 제3롤러부(300)가 형성되어, 상기 제2롤러부(200)의 상기 자기장 발생 장치(40)와 상기 제3롤러부(300)의 상기 박리 장치(50)가 구분되어 구비됨으로써, 상기 나노박막(20)을 상기 유연기판(30)에 전사하는 공정의 수율을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상기 제3롤러부(300)의 위치는 상기 제1롤러부(100)와 상기 제2롤러부(200) 사이 또는 상기 제2롤러부(200) 뒤에 배치되며, 이는 작업자가 원하는 작업환경에 따라 다를 수 있다.
본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 상기 유연기판(30)에 상기 나노박막(20)을 전사하기 위한 전사공정에서 자기장을 발생시켜 자성을 띠는 나노박막에 이용함으로써, 자기력을 이용하여 상기 나노박막(20)과 상기 유연기판(30)간의 접착력을 향상시켜 나노박막 전사의 수율을 높이는 장점을 가진다.
특히, 본 발명에 따른 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는 상기 유연기판(30)과 상기 나노박막(20)의 위치를 변경하여 탄소나노박막이 포함된 반자성을 띠는 나노박막 뿐만 아니라, 상자성을 띠는 나노박막도 전사에도 이용되어 전사 수율을 높이는 장점을 가진다.
1 : 전사대상
10 : 테이프층
20 : 나노박막
30 : 유연기판
40 : 자기장 발생 장치
50 : 박리 장치
100 : 제1롤러부
110 : 제1상부롤러 120 : 제1하부롤러
200 : 제2롤러부
210 : 제2상부롤러 220 : 제2하부롤러
300 : 제3롤러부
310 : 제3상부롤러 320 : 제3하부롤러

Claims (6)

  1. 유연기판(30), 나노박막(20), 테이프층(10)이 순차적으로 적층되어 이루어지는 전사대상(1)의 상하부를 압착하여 상기 나노박막(20)을 상기 유연기판(30)에 전사하는 나노박막 전사 장비로서,
    상기 전사대상(1)의 상부에 배치되는 제1상부롤러(110), 상기 제1상부롤러(110)에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상(1)의 하부의 제1하부롤러(120)를 포함하여 이루어지는 제1롤러부(100);
    상기 전사대상(1)의 상부에 배치되는 제2상부롤러(210), 상기 제2상부롤러(210)에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상(1)의 하부의 제2하부롤러(220), 상기 제2상부롤러(210) 및 상기 제2하부롤러(220) 중 선택되는 적어도 어느 하나에 구비되는 자기장 발생 장치(40)를 포함하여 이루어지는 제2롤러부(200);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는
    상기 제2상부롤러(210) 및 상기 제2하부롤러(220) 중 선택되는 적어도 어느 하나에 박리장치(50)가 구비되는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 박리 장치(50)는
    열에 의해 상기 테이프층(10)을 박리하는 열 발생 장치인 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 박리 장치(50)는
    자외선에 의해 상기 테이프층(10)을 박리하는 자외선 발생 장치인 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장 발생 장치(40)는
    영구 자석 또는 코일을 감은 전자석인 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비는
    상기 전사대상(1)의 상부에 배치되는 제3상부롤러(310), 상기 제3상부롤러(310)에 상응하는 위치에 배치되는 상기 전사대상(1)의 하부의 제3하부롤러(320), 상기 제3상부롤러(310) 및 상기 제3하부롤러(320) 중 선택되는 적어도 어느 하나에 구비되는 박리 장치(50)를 포함하여 이루어지는 제3롤러부(300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 나노박막 전사 장비.
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