KR101550301B1 - 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치 및 이를 이용한 래미네이트 방법 - Google Patents

그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치 및 이를 이용한 래미네이트 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 일면에 그래핀 필름이 놓여지는 스테이지; 상기 스테이지의 일면 쪽에 구비되며, 상기 그래핀 필름의 너비 또는 길이보다 큰 간격을 가지고 대칭적으로 배치된 롤러 세트를 구비하고, 상기 롤러 세트에 의해 상기 그래핀 필름의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름을 준비한 후 상기 캐리어 필름의 길이 방향으로 장력을 가하는 캐리어 필름 준비부; 및 상기 캐리어 필름의 일면에 반대되는 타면 쪽에 구비되며, 스퀴지를 포함하고 1단계로 상기 그래핀 필름과 대응하는 상기 캐리어 필름의 타면에 스퀴지를 접촉시키고, 2단계로 접촉된 스퀴지를 일 방향으로 이동하면서 상기 그래핀 필름과 상기 캐리어 필름을 래미네이트하는 래미네이트부; 를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치를 개시한다.

Description

그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치 및 이를 이용한 래미네이트 방법 {Laminate Apparatus and Method of Laminate}
본 발명의 실시예들은 보이드(void) 없이 그래핀 필름과 캐리어 필름을 래미네이트하는 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치 및 이를 이용한 래미네이트 방법에 관한 것이다.
그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그 두께가 매우 얇고 투명하며 전기 전도성이 매우 큰 특성을 가진다. 그래핀의 이러한 특성을 이용하여 그래핀을 터치 패널, 투명 디스플레이 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이 등에 적용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 이와 같은 그래핀에 대한 관심이 증대됨에 따라 고품질의 그래핀을 대량 생산하기 위한 방법이 요구되고 있다.
그래핀 필름을 제조하는 과정 중에서 촉매 금속 상에 합성된 그래핀 필름을 캐리어 필름에 부착하는 단계가 있다. 이렇게 그래핀 필름을 캐리어 필름에 부착하는 단계에서 그래핀 필름과 캐리어 필름 사이에 보이드(void)가 발생하여 그래핀 필름에 주름이 생기는 경우, 최종 수득된 그래핀 필름의 면저항이 커지는 등 품질 저하가 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 보이드(void) 없이 그래핀 필름과 캐리어 필름을 래미네이트하는 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치 및 이를 이용한 래미네이트 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 일면에 그래핀 필름이 놓여지는 스테이지; 상기 스테이지의 일면 쪽에 구비되며, 상기 그래핀 필름의 너비 또는 길이보다 큰 간격을 가지고 대칭적으로 배치된 롤러 세트를 구비하고, 상기 롤러 세트에 의해 상기 그래핀 필름의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름을 준비한 후 상기 캐리어 필름의 길이 방향으로 장력을 가하는 캐리어 필름 준비부; 및 상기 캐리어 필름의 일면에 반대되는 타면 쪽에 구비되며, 스퀴지를 포함하고 1단계로 상기 그래핀 필름과 대응하는 상기 캐리어 필름의 타면에 스퀴지를 접촉시키고, 2단계로 접촉된 스퀴지를 일 방향으로 이동하면서 상기 그래핀 필름과 상기 캐리어 필름을 래미네이트하는 래미네이트부; 를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 캐리어 필름은 일면에 실리콘 타입의 접착제를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 상기 스퀴지는 상기 캐리어 필름의 타면과 접촉되는 끝단이 둥근형이거나, 경사진형을 가진다.
본 실시예에 있어서, 상기 캐리어 필름이 타면 쪽에 구비되고 정전기를 제거하는 제전부; 를 더 포함한다.
본 실시예에 있어서, 상기 스테이지는 일면에 놓여진 상기 그래핀 필름을 고정하도록 상기 스테이지 일면을 진공 상태로 만드는 펌프; 및 상기 스퀴지가 일 방향으로 이동하는 것이 용이하도록 상기 스테이지의 일면을 가열하는 히터; 를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 스테이지의 일면에 그래핀 필름을 놓는 단계; 롤러 세트에 의해 상기 그래핀 필름의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름을 준비한 후 상기 캐리어 필름의 길이 방향으로 장력을 가하는 단계; 상기 캐리어 필름의 타면에 스퀴지를 접촉시키는단계; 및 접촉된 상기 스퀴지를 일 방향으로 이동하면서 상기 그래핀 필름과 상기 캐리어 필름을 래미네이트하는 단계; 를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 방법을 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 캐리어 필름은 일면에 실리콘 타입의 접착제를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 상기 그래핀 필름을 고정하도록 상기 스테이지 일면을 진공 상태로 만드는 단계; 및 상기 스퀴지가 일 방향으로 이동하는 것이 용이하도록 상기 스테이지의 일면을 가열하는 단계; 를 더 포함한다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 보이드 없이 그래핀 필름과 캐리어 필름을 래미네이트할 수 있어 최종 수득된 그래핀 필름에 주름이 발생하는 등의 문제가 일어나지 않고 고품질의 그래핀 필름을 얻을 수 있다.
도 1은 본 명세서에서 언급되는 그래핀을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 명세서에서 언급되는 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 흐름도에 대응되는 그래핀 필름을 포함하는 적층체의 개략적인 측단면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 래미네이트 장치에 포함된 스퀴지의 끝단의 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 8 내지 도 10는 도 6의 래미네이트 장치의 동작 순서를 순차적으로 도시한 것이다.
도 11 내지 도 14은 도 5에 이어서 도 2의 흐름도에 대응되는 그래핀 필름을 포함하는 적층체의 개략적인 측단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 명세서에서 언급되는 그래핀을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
본 명세서에서 사용되는 "그래핀(graphene)" 라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 것으로서, 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 그래핀은 서로 공유 결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층을 이룬다. 그래핀 은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5원환 및/또는 7원환의 함량에 따라 달라질 수 있다.
그래핀 필름은 도시된 바와 같이 그래핀의 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 통상 상기 그래핀의 측면 말단부는 수소원자로 포화될 수 있다.
도 2는 본 명세서에서 언급되는 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 3 내지 도 10은 도 2의 흐름도에 대응되는 그래핀 필름를 포함하는 적층체의 개략적인 측단면도이다.
본 명세서에서 사용되는 "적층체" 라는 용어는 그래핀 필름을 포함하는 복수의 층을 지칭하는 것으로서, 적층체는 그래핀 필름 이외에도 촉매 금속 필름, 캐리어 필름, 타겟 필름, 커버 필름 중 적어도 하나 이상의 층을 포함한 상태를 나타낼 수 있다.
먼저 도 3을 참조하면 촉매 금속 필름을 전처리 한다.(S21)
촉매 금속 필름(101)은 그래핀 성장을 위한 촉매로서 시트 타입, 기판 타입, 롤 필름 타입으로 이루어 질 수 있다. 촉매 금속 필름(101)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 이트리움(Y), 지르코늄(Zr), 게르마늄(Ge), 황동(brass), 청동(bronze), 백동(white brass) 및 스테인레스 스틸(stainless steel) 중 적어도 하나의 금속 또는 합금을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
촉매 금속 필름(101)은 단일 층일 수도 있고, 적어도 2개의 층으로 이루어진 다층 기판 중 한 개의 층이 촉매 금속 필름(101)일 수 있다. 이 경우 촉매 금속 필름(101)은 다층 기판의 최외곽에 배치된다.
그래핀 필름이 형성되기 전에 촉매 금속 필름(101)의 표면을 세정하는 전처리 과정을 진행한다. 전처리 과정은 촉매 금속 필름(101)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 수소 기체를 사용할 수 있다. 또한, 산 또는 알칼리 용액 등을 사용하여 촉매 금속 필름(101)의 표면을 세정함으로써, 이후의 공정인 그래핀 필름 형성 시 결함을 줄일 수 있다. 촉매 금속 필름(101)의 표면을 세정하는 본 단계는 필요에 따라 생략될 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면 그래핀 형성 공정이 진행된다. (S22)
촉매 금속 필름(101)이 챔버로 이송되면, 챔버 내에 기상의 탄소공급원을 투입하고 열처리한다. 열처리는 가열 및 냉각으로 이루어진다. 그래핀 필름 형성 공정에는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition: TCVD), 급속 열 화학기상증착법(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition: PTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착법(Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition: ICP-CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition: ATLD) 등 다양한 공정이 이용될 수 있다.
기상의 탄소 공급원은 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 이와 같은 기상의 탄소 공급원은 고온에서 탄소 원자와 수소 원자로 분리된다. 분리된 탄소 원자는 가열된 촉매 금속 필름(101)에 증착되고, 촉매 금속 필름(101)이 냉각되면서 그래핀 필름(110)이 형성된다.
그래핀 필름(110)은 촉매 금속 필름(101)의 적어도 한 면에 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 촉매 금속 필름(101)의 양 면에 그래핀 필름(110)이 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 촉매 금속 필름(101)의 한 면에만 그래핀 필름(110)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면 그래핀 필름(110) 상에 캐리어 필름(120)을 형성한다.(S23)
캐리어 필름(120)은 도 4의 적층체(400)를 지지하여 이송을 용이하게 하며, 그래핀 필름(110)의 모양을 유지하고 손상을 방지하는 역할을 한다.
일반적으로는 캐리어 필름(120)으로 열박리 테이프나, 폴리머 지지체를 사용할 수 있다. 열박리 테이프는 상온에서 일면이 접착성을 가지지만, 소정의 박리 온도 이상으로 가열되면 접착성을 잃는 성질을 가지는 것이다. 폴리머 지지체는 폴리메틸메타크릴레이트 (Polymethylmethacrylate:PMMA) 등과 같은 유기 폴리머를 포함하며 그래핀 필름(110)의 일면에 유기 폴리머를 액상으로 드롭-코팅(drop-coating)한 후 굳히는 방법으로 폴리머 지지체를 형성하며, 이 후 유기 용매로 제거할 수 있다.
그런데, 열박리 테이프의 경우 열박리 테이프를 그래핀 필름(110)에 붙일 때 열박리 테이프의 그래핀 필름(110) 사이에 보이드(viod)가 발생하여 그래핀 필름(110)에 주름이 발생하거나 그래핀 필름(110)이 손상되는 문제가 발생한다. 한편, 폴리머 지지체의 경우 그래핀 필름(110)이 작은 면적일 때 적용하는 것이며 그래핀 필름(110)의 대량 생산시에 적용하기 어렵고 그래핀 필름(110)에 폴리머 지지체를 형성하는 공정 시간이나 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 보이드의 발생이 없이 스퀴지(squeegee)를 이용하여 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트 하기 위한 장치 및 이를 이용한 래이네이트 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 장치 및 방법을 적용하기 위해서는 종래의 열박리 테이프나 폴리머 지지체가 아닌 다른 캐리어 필름(120)을 사용해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 장치 및 방법에 사용되는 캐리어 필름(120)은 그래핀 필름(110)과 닿는 부분에 실리콘 타입의 접착층이 포함된 것을 특징으로 한다. 실리콘 타입의 접착층은 슬립(slip)성이 좋은 특징이 있다. 여기서 슬립성이란 일 방향으로 잘 미끄러지는 성질을 뜻하는 것으로, 실리콘 타입이 접착층을 포함하는 캐리어 필름(120)을 사용함으로써 스퀴지를 포함하는 래미네이트 장치를 통해 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트할 수 있는 것이다. 만약 열박리 테이프를 사용하는 경우 열박리 테이프의 접착층에 포함된 발포셀에 의해 스퀴지를 포함하는 래미네이트 장치를 사용하여 그래핀 필름(110)과 열박리 테이프를 접착할 경우 그래핀 필름(110)에 손상을 초래하는 문제가 발생한다. 또한 폴리머 지지체의 경우 그래핀 필름 상에 드롭 코팅을 통해 직접 형성하는 것이므로 본 발명의 일 실시예에 의한 래미네이트 장치 및 방법이 사용될 수 없다.
하지만, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 캐리어 필름(120)의 접착층은 실리콘 타입 외에 이형성이 뛰어난 실리콘-아크릴 계열, 불소계열 또는 우레탄계열을 사용할 수도 있다. 한편, 열박리 테이프를 사용하는 경우라도 열박리 테이프의 접착층에 포함된 발포셀의 발포 강도 제어, 접착 성분의 제어를 수행하여 그래핀 필름(110)에 손상을 가하지 않게 된다면 본 발명의 실시예에 적용이 가능할 것이다.
한편, 캐리어 필름(120)에서 접착층의 두께는 약 25 내지 45 마이크로미터일 수 있고, 접착층이 구비된 베이스층의 두께는 약 50 내지 125 마이크로미터일 수 있다. 만약 접착층이나 베이스층이 상기 최소두께 미만인 경우나 상기 최대두께 초과인 경우에는 스퀴지를 포함한 래미네이트 장치(1)에 의한 래미네이트 공정이 불가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)의 래미네이트 장치(1)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 래미네이트 장치(1)는 스테이지(10), 캐리어 필름 준비부(20), 래미네이트부(30) 및 제전부(23)를 포함한다.
스테이지(10)는 일면에 도 4의 적층체(400)가 놓여진다. 스테이지(10)는 그래핀 필름(110)에 캐리어 필름(120)을 래미네이팅할 때, 그래핀 필름(110)을 지지하는 역할을 한다. 도 4의 적층체(400)는 촉매 금속 필름(101)이 구비된 면이 스테이지(10)의 일면과 접촉하도록, 즉 그래핀 필름(110)이 형성된 면이 캐리어 필름(120)을 향하도록 준비된다.
스테이지(10)는 일면에 놓여진 도 4의 적층체(400) 및 이 후 단계에서 캐리어 필름(120)을 고정하도록 스테이지(10) 일면을 진공 상태로 만들기 위한 펌프(12)를 더 구비한다. 스테이지(10)의 일면을 진공 상태로 만들기 위하여 펌프(12)는 스테이지 하부에 구비될 수 있다. 한편, 스테이지(10) 일면에는 복수개의 홀이 구비되고, 펌프(12)를 이용하여 홀을 통해 공기를 흡입함으로써 스테이지(10) 일면을 진공 상태로 만들 수 있다. 예를 들어 스테이지(10) 일면은 수 내지 수십 나노미터 사이즈의 홀이 구비된 나노 기공 소재로 형성될 수 있다. 이와 같이 펌프(12)를 이용하여 스테이지(10) 일면을 진공 상태로 만들어 스테이지(10) 일면 위에 놓인 구성을 고정하는 경우, 별도의 클립과 같은 고정 기구가 필요하지 않고 고정 기구가 그래핀 필름(110)이나 캐리어 필름(120)을 손상시키는 문제가 발생하지 않는다. 또한 펌프(12)로 진공 상태나 진공 면적을 조절함에 따라 고정 정도를 쉽게 제어할 수 있는 특징이 있다.
또한, 스테이지(10)는 일면을 가열함으로써 스퀴지를 통해 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)의 래미네이트가 용이하게 이루어지도록 한다. 스테이지(10)의 일면을 가열하기 위하여 스테이지는 히터(11)를 더 포함할 수 있으며 히터(11)는 스테이지의 하부에 구비될 수 있다. 이와 같이 히터(11)를 통해 스테이지(10) 일면을 가열하는 경우, 캐리어 필름(120)에 포함된 실리콘 타입 접착층의 슬립성이 더욱 향상되어 스퀴지가 용이하게 이동할 수 있게 된다.
캐리어 필름 준비부(20)는 캐리어 필름(120)을 이동 및 고정시키는 롤러 세트(21)와 이러한 롤러 세트를 제어하는 구동부(22)를 포함한다. 롤러 세트(21)는 스테이지(10)의 일면 쪽에 구비되며 그래핀 필름(110)의 너비 또는 길이보다 큰 간격으로 대칭적으로 배치된다. 이러한 롤러 세트(21)는 구동부(22)에 의하여 그래핀 필름(110)의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름(120)을 이동 및 고정시키고, 캐리어 필름(120)에 소정의 방향으로 장력을 가한다. 도 5에서는 롤러 세트(21)가 그래핀 필름(110)의 길이 방향(x방향) 보다 큰 간격으로 대칭적으로 배치된 것이 도시되어 있다. 그러나 이는 예시적인 것이며 롤러 세트(@1)가 그래핀 필름(110)의 너비 방향(y방향) 보다 큰 간격으로 대칭적으로 배치될 수도 있다. 한편, 도 5에는 롤러 세트(21)가 캐리어 필름(120)의 길이 방향(x방향)으로 장력을 가할 수 있도록 캐리어 필름(120)을 길이 방향(x방향)으로 잡고 있는 것이 도시되어 있다. 롤러 세트(21)는 캐리어 필름(120)의 길이 방향으로 배치되어야 하는데, 그래야만 롤러 세트(21)가 회전을 통해 캐리어 필름(120)을 일방향(x방향)으로 이송이 가능하기 때문이다.
한편, 롤러 세트(21)가 캐리어 필름(120)을 이송할 때, 캐리어 필름(120)에 장력을 가할 때 정전기가 발생할 수 있는데 제전을 위하여 제전부(23)가 구비된다. 제전부(23)는 캐리어 필름(120)의 타면 쪽에 구비되고 캐리어 필름(120)을 이송할 때, 캐리어 필름(120)에 장력이 가해질 때 발생하는 정전기를 제거할 수 있다. 도 5에서는 두 개의 제전부(23)가 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며 제전부(23)는 적어도 하나이상 구비될 수 있다.
래미네이트부(30)는 스퀴지(squeegee)(31)를 포함하며 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트한다. 상세히 래미네이트부(30)는 캐리어 필름(120)의 타면 쪽에 구비될 수 있는데, 스퀴지(31)와 스퀴지(31)를 구동하는 제어부(32)를 포함한다. 스퀴지(31)는 제어부(32)에 의해 하강하여 1단계로 캐리어 필름(120)의 타면에 접촉한다. 다음으로 제어부(32)에 의해 2단계로 접촉된 스퀴지(31)가 일 방향으로 이동하면서 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트한다. 이 때 스퀴지(31)는 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120) 사이의 보이드를 제거하면서 이동하는 것을 특징으로 한다.
도 7은 도 6의 래미네이트 장치(1)에 포함된 스퀴지(31)의 끝단의 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 스퀴지(31)는 캐리어 필름(120)의 타면에 접촉되는 끝단이 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 도 7의 (a)와 같이 끝단이 둥근형을 가질 수도 있고, 도 7의 (b)와 같이 끝단이 경사진형을 가질 수도 있다. 이러한 두가지 형태 모두 스퀴지(31)의 끝단과 캐리어 필름(120) 타면이 소정의 각도를 가질 수 있게 함으로써, 보이드를 밀어내면서 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)이 래미네이트할 수 있다.
도 8 내지 도 10는 도 6의 래미네이트 장치(1)의 동작 순서를 순차적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 스테이지(10) 일면에 도 4의 적층체(400)를 그래핀 필름(110)이 상면에 오도록 놓는다. 스테이지(10) 일면은 펌프(12)로 인하여 진공 상태가 유지되므로 도 4의 적층체(400)는 스테이지(10) 일면에 고정될 수 있다. 한편, 스테이지(10) 일면은 히터(11)에 의해 가열될 수 있다.
다음으로, 롤러 세트(21)에 의해 캐리어 필름(120)을 스테이지(10) 상면에 대응하도록 이동시킨다. 보다 상세하게 롤러 세트(21)는 스테이지(10) 일면에 놓인 그래핀 필름(110)의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름(120)을 준비한다. 그리고, 캐리어 필름(120)의 길이 방향(x방향)으로 캐리어 필름(120)에 장력을 가한다. 이 때 제전부(23)는 캐리어 필름(120)에 발생할 수 있는 정전기를 제거할 수 있다.
다음으로 도 9을 참조하면, 스퀴지(31)가 하강하여 캐리어 필름(120)의 타면에 접촉한다. 스퀴지(31)의 끝단은 도 7과 같은 형태를 가지므로 스퀴지(31)와 캐리어 필름(120)은 선 접촉할 수 있다.
다음으로 도 10를 참조하면, 캐리어 필름(120)의 타면에 접촉된 스퀴지(31)가 일 방향으로 이동하면서 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트한다. 도 9에서는 스퀴지(31)가 x방향으로 이동하면서 래미네이트하는 것을 도시하였으나, 스퀴지(31)는 보이드 없이 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트하기 위해 일정한 방향으로 이동하면 되는 것이고, 그 방향은 도 9에 도시된 바에 한정되지 않는다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 스퀴지(31)를 포함한 래미네이트 장치(1)를 사용하여 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)을 래미네이트함으로써, 종래 그래핀 필름(110)에 발생하는 주름이나 손상을 방지하고 품질이 좋은 그래핀 필름(110)을 수득할 수 있는 장점이 있다. 또한, 펌프(12) 및 히터(11)를 구비한 스테이지(10)를 통해 도 4의 적층체(400)를 편평하게 펴 줄 수 있어 그래핀 필름(110)과 캐리어 필름(120)의 부착시 불량률을 낮출 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하면, 도 5의 적층체(500)의 촉매 금속 필름(101)을 제거한다. (S24)
촉매 금속 필름(101)을 제거하는 공정은 촉매 금속 필름(101)을 제거하여 그래핀 시트(110)와 캐리어 필름(120)으로 구성되는 도 6의 적층체(600)를 형성하는 단계이다. 촉매 금속 필름(101)을 제거하는 공정은 습식 에칭 공정을 사용할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 습식 에칭 공정 전에 촉매 금속 필름(101)의 일면을 플라즈마(plasma)로 에칭 하거나, 폴리싱(polishing) 하는 건식 에칭 공정을 추가함으로써 촉매 금속 필름(101) 제거 공정 시간을 단축할 수 있다. 촉매 금속 필름(101) 제거 단계 이후에는 적층체에 잔류하는 촉매 금속 제거액을 세정하는 단계 및 건조 하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
다음으로, 도 12을 참조하면, 그래핀 시트(110)를 타켓 필름(130)에 전사하는 공정 및 캐리어 필름(120)을 제거하는 공정이 진행된다. (S25)
타켓 필름(130)은 최종적으로 그래핀 시트(110)가 형성될 기재를 의미한다. 타켓 필름(130)으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 유리 및 금속 중 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이렇게 그래핀 시트(110)가 코팅된 타켓 필름(130)은 플렉시블 디스플레이, 유기발광소자, 태양 전지 등의 투명전극 필름으로 사용될 수 있다.
캐리어 필름(120)은 물리적인 힘으로 제거하거나, 접착층의 접착력을 줄이는 용매 등을 사용하여 접착력을 줄인 후 물리적인 힘으로 제거할 수 있다. 특히 접착층이 실리콘 타입인 경우 이형성이 뛰어나기 때문에 약간의 물리적 힘으로도 쉽게 제거가 가능한 특징이 있다. 캐리어 필름(120)의 접착층이 실리콘 타입인 경우 접착 성분, 가열 정도를 조절하여 접착력의 세기 및 이형성 제어가 가능하므로 본 발명의 일 실시예에 적합하게 맞춤형으로 제작이 가능하다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 그래핀 필름(110) 도핑 공정이 진행된다. (S26)
노출된 그래핀 필름(110) 의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 도핑을 수행할 수 있는데, 건식 도핑 또는 습식 도핑 방법으로 진행될 수 있다.
다음으로, 도 14을 참조하면, 그래핀 필름(110) 상에 커버 필름(140)을 부착한다. (S27) 커버 필름(140)은 그래핀 필름(110) 를 외부로부터 보호하는 역할을 한다.
이렇게 제작된 그래핀 필름(110) 는 손상이 없는지, 어떠한 전기적 특성을 가지는 분석하는 분석 공정 등을 더 진행할 수도 있다. 상술한 그래핀 필름(110)의 제조 공정은 기술한 바에 한정되지 않으며, 일부 순서가 바뀔 수도 있고, 일부 단계가 생략되거나 추가될 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 래미네이트 장치
10: 스테이지
20: 캐리어 필름 준비부
30: 래미네이트부

Claims (8)

  1. 일면에 그래핀 필름이 놓여지는 스테이지;
    상기 스테이지의 일면 쪽에 구비되며, 상기 그래핀 필름의 너비 또는 길이보다 큰 간격을 가지고 대칭적으로 배치된 롤러 세트를 구비하고, 상기 롤러 세트에 의해 상기 그래핀 필름의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름을 준비한 후 상기 캐리어 필름의 길이 방향으로 장력을 가하는 캐리어 필름 준비부;
    상기 캐리어 필름의 일면에 반대되는 타면 쪽에 구비되며, 스퀴지를 포함하고 1단계로 상기 그래핀 필름과 대응하는 상기 캐리어 필름의 타면에 스퀴지를 접촉시키고, 2단계로 접촉된 스퀴지를 일 방향으로 이동하면서 상기 그래핀 필름과 상기 캐리어 필름을 래미네이트하는 래미네이트부;
    상기 스테이지는 일면에 놓여진 상기 그래핀 필름을 고정하도록 상기 스테이지 일면을 진공 상태로 만드는 펌프; 및
    상기 스퀴지가 일 방향으로 이동하는 것이 용이하도록 상기 스테이지의 일면을 가열하는 히터;를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 필름은 일면에 실리콘 타입의 접착제를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 스퀴지는 상기 캐리어 필름의 타면과 접촉되는 끝단이 둥근형이거나, 경사진형을 가진, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 캐리어 필름이 타면 쪽에 구비되고 정전기를 제거하는 제전부;
    를 더 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 장치.
  5. 삭제
  6. 스테이지의 일면에 그래핀 필름을 놓는 단계;
    상기 그래핀 필름을 고정하도록 상기 스테이지 일면을 진공 상태로 만드는 단계;
    상기 스퀴지가 일 방향으로 이동하는 것이 용이하도록 상기 스테이지의 일면을 가열하는 단계;
    롤러 세트에 의해 상기 그래핀 필름의 전체 면에 대응하도록 캐리어 필름을 준비한 후 상기 캐리어 필름의 길이 방향으로 장력을 가하는 단계;
    상기 캐리어 필름의 타면에 스퀴지를 접촉시키는 단계; 및
    접촉된 상기 스퀴지를 일 방향으로 이동하면서 상기 그래핀 필름과 상기 캐리어 필름을 래미네이트하는 단계;를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제6항에 있어서,
    상기 캐리어 필름은 일면에 실리콘 타입의 접착제를 포함하는, 그래핀 필름과 캐리어 필름의 래미네이트 방법.
  8. 삭제
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