KR101656140B1 - 유기전자소자의 열처리 장치 - Google Patents

유기전자소자의 열처리 장치 Download PDF

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이세헌
염중현
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 유기전자소자의 열처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 내부에 열처리 공정이 수행되도록 작업공간이 형성된 챔버(10), 유기전자소자용 기판(1)을 권출하는 언와인더(21), 작업공간의 일측에서 타측으로 이격 배치되어 열을 형성하고 유기전자소자용 기판(1)을 수송하는 복수의 수송롤러(23) 및 수송된 유기전자소자용 기판(1)을 권취하는 와인더(25)를 포함하는 롤투롤부(20), 수송되는 유기전자소자용 기판(1)의 일면에 원적외선을 조사하고, 히터열을 방출하는 제1 원적외선히터(31)를 포함하는 히터부(30), 작업공간 내의 히터열이 챔버(10)의 외부로 이동되는 것을 차단하는 단열부(50), 작업공간의 일측에서부터 타측으로 송풍하여, 작업공간 내부에서 히터열을 대류시키는 송풍부(40), 및 챔버(10) 외부의 공기를 흡입하여 제습하고, 제습된 공기를 챔버(10) 내부로 수송하는 습도조절부(60)를 포함한다.

Description

유기전자소자의 열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS FOR ORGANIC ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 유기전자소자의 열처리 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 제조공정이 간단하면서도 경량화가 가능하기 때문에, 유기전자소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 유기전자소자는 정공 및/또는 전자를 이용하여 전극과 유기물 사이에서 전하의 흐름을 유도할 수 있는 소자로서, 유기 발광 소자, 유기태양전지 등이 이에 포함된다. 특히, 유기태양전지는 종래 실리콘 또는 다른 무기물 기반의 태양전지에 비해 무게가 가볍고, 저비용으로 생산이 가능하므로, 청정하고 저가의 재생에너지로 각광받고 있다. 이러한 유기태양전지는 기판 위에 전자수송층, 유기활성층, 정공수송층, 금속전극층 등과 같은 박막이 적층되어 형성된다. 이때, 대부분의 박막은 솔루션(solution, 용액)을 기판 상에 코팅하고, 솔벤트(solvent, 용매)를 건조증발시키는 솔루션 공정(solution processing)을 거쳐 기판에 형성된다. 한편, 유연하게 휘어지는 플렉서블 소자에 대한 연구가 진행됨에 따라서, 기계적으로 유연하고 솔루션 공정(solution processing)이 가능한 고분자 물질을 기판에 인쇄하여 유기태양전지를 제조할 수 있게 되었다. 또한, 유기태양전지는 유연기판을 기판으로 하므로, 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄공정을 통해 고속으로 제조되고 있다.
한편, 솔루션 공정(solution processing)을 거치는 박막은 건조, 어닐링 과정을 거쳐서, 결정성과 모폴로지(morphology)가 개선되므로, 유기태양전지는 인쇄공정을 거친 후에 건조, 어닐링 등과 같은 열처리 공정을 거친다. 그러나, 종래 유기태양전지의 열처리 공정은 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 진공상태의 챔버 또는 고밀도의 질소, 아르곤 등의 보호가스로 충진되어 밀폐된 챔버에서 이루어졌다. 왜냐하면, 유기활성층을 형성하는 유기물이 산소와 수분에 취약하기 때문이다. 이러한 종래 유기태양전지의 열처리 공정은 대기 중에서 수행되지 않으므로, 롤투롤(roll-to-roll) 공정을 적용하기 곤란하여, 유기태양전지의 고속 제조가 불가능하고, 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 종래기술에 따른 유기태양전지의 열처리 공정에 발생하는 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.
KR 2010-0016892 A
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 외부와 소통되는 챔버, 유기전자소자용 기판에 원적외선을 조사하는 원적외선히터 및 챔버의 내부 습도를 제어하는 습도조절부를 구비함으로써, 롤투롤 공정을 통해서 유기전자소자를 고속으로 대량생산할 수 있는 유기전자소자의 열처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 챔버를 단열하는 단열부 및 챔버 내부에서 송풍하는 송풍하는 송풍부를 더 구비함으로써, 챔버 내의 온도 편차로 인한 열처리 불균일 현상을 방지하는 유기전자소자의 열처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 제습된 공기를 가열하여 공급하는 열풍부를 더 구비함으로써, 챔버 내의 온도가 균일해지고, 휘발성 증기가 외부로 배출되는 효과가 있다.
본 발명이 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 내부에 열처리 공정이 수행되도록 작업공간이 형성된 챔버, 유기전자소자용 기판을 권출하는 언와인더, 상기 작업공간의 일측에서 타측으로 이격 배치되어 열을 형성하고 상기 유기전자소자용 기판을 수송하는 복수의 수송롤러 및 수송된 상기 유기전자소자용 기판을 권취하는 와인더를 포함하는 롤투롤부, 수송되는 상기 유기전자소자용 기판의 일면에 원적외선을 조사하고, 히터열을 방출하는 제1 원적외선히터를 포함하는 히터부, 상기 챔버의 외벽에 배치되고, 상기 작업공간 내의 상기 히터열이 상기 챔버의 외부로 이동되는 것을 차단하는 단열부, 상기 챔버 외부의 공기를 흡입하여 제습하고, 제습된 상기 공기를 상기 챔버 내부로 수송하는 습도조절부, 및 상기 작업공간의 일측에서부터 타측으로 제습된 공기를 송풍하여, 상기 작업공간 내부에서 상기 히터열을 대류시키는 송풍부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 작업공간과 상기 챔버의 외부가 소통된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 언와인더는 상기 챔버의 외부에 배치되고, 상기 챔버는 상기 언와인더에서 권출되는 상기 유기전자소자용 기판이 상기 작업공간으로 이동되도록, 외면에 개구부가 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 유기전자소자용 기판은 유기태양전지의 제조에 사용되고, 유연기판의 일면에 전자수송층, 유기활성층, 정공수송층, 금속전극층 중 어느 하나 이상의 박막이 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 수송롤러는 상기 작업공간의 일측에서부터 타측으로 상기 유기전자소자용 기판이 수송되는 순방향 또는 상기 순반향과 반대되는 역방향 중 어느 한 방향에서 다른 방향으로 전환되어 지그재그로 수송되도록, 상기 작업공간의 종방향을 따라서 복수의 열로 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 히터부는 수송되는 상기 유기전자소자용 기판의 타면에 상기 원적외선을 조사하고, 상기 히터열을 방출하는 제2 원적외선히터를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 제1 원적외선히터는 판형으로 형성되고, 상기 순방향 또는 상기 역방향과 나란하게 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 습도조절부는 상기 챔버 내부로 수송되는 상기 공기의 습도가 20% 이하가 되도록 제습한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 상기 챔버 내부로 수송되는 상기 공기를 가열하고, 상기 작업공간에 양압이 발생되어 내부의 휘발성 증기가 외부로 배출되도록, 가열된 상기 공기를 상기 작업공간으로 공급하는 열풍부를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 외부와 소통되는 챔버, 유기전자소자용 기판에 원적외선을 조사하는 원적외선히터 및 챔버의 내부 습도를 제어하는 습도조절부를 구비함으로써, 진공분위기를 조성하거나 보호가스를 충진하지 않은 챔버 내에서 습도를 조절하여 원적외선으로 열처리하므로, 롤투롤 공정을 통해서 유기전자소자를 고속으로 대량생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 챔버를 단열하는 단열부 및 챔버 내부에서 송풍하는 송풍부를 더 구비함으로써, 원전외선히터에서 방출된 히터열을 강제대류시키므로, 챔버 내의 온도 편차로 인한 열처리 불균일 현상을 방지하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제습된 공기를 가열하여 공급하는 열풍부를 더 구비함으로써, 열풍이 발생하고 챔버 내의 압력이 양압으로 상승하므로, 챔버 내의 온도가 균일해지고, 휘발성 증기가 외부로 배출되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자용 기판의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 측면도이다.
도 4는 열처리 공정 조건에 따른 유기태양전지의 성능을 나타내는 표이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 측면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자용 기판의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 측면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 내부에 열처리 공정이 수행되도록 작업공간이 형성된 챔버(10), 유기전자소자용 기판(1)을 권출하는 언와인더(21), 작업공간의 일측에서 타측으로 이격 배치되어 열을 형성하고 유기전자소자용 기판(1)을 수송하는 복수의 수송롤러(23) 및 수송된 유기전자소자용 기판(1)을 권취하는 와인더(25)를 포함하는 롤투롤부(20), 수송되는 유기전자소자용 기판(1)의 일면에 원적외선을 조사하고, 히터열을 방출하는 제1 원적외선히터(31)를 포함하는 히터부(30), 작업공간 내의 히터열이 챔버(10)의 외부로 이동되는 것을 차단하는 단열부(50), 작업공간의 일측에서부터 타측으로 송풍하여, 작업공간 내부에서 히터열을 대류시키는 송풍부(40), 및 챔버(10) 외부의 공기를 흡입하여 제습하고, 제습된 공기를 챔버(10) 내부로 수송하는 습도조절부(60)를 포함한다.
본 발명에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 롤투롤 방식으로 유기전자소자용 기판(1)의 열처리 공정을 수행하는 장치로서, 챔버(10), 롤투롤부(20), 히터부(30), 단열부(50), 습도조절부(60), 및 송풍부(40)를 포함한다.
여기서, 열처리 공정은 가열, 냉각 등의 조작을 통해 재료의 특성을 개량하는 것으로, 건조, 어닐링, 소결 등과 같은 공정이 포함된다. 이러한 열처리 공정은 회로기판을 기반으로 하는 전자소자의 제조에도 사용된다. 일반적인 전자소자는 기판 위에 금속, 유기물, 무기물 등으로 형성된 얇은 층 즉, 박막이 형성되는데, 이러한 박막이 기판에 부착되어 특정 역할을 수행하기 위해서는 열처리 공정을 거쳐야 한다. 한편, 유기전자소자는 정공 및/또는 전자를 이용하여 전극과 유기물 사이에서 전하의 흐름을 유도할 수 있는 소자로서, 유기 발광 소자, 유기태양전지 등이 이에 포함된다. 따라서, 유기전자소자용 기판(1)은 유기태양전지의 제조에 사용되는 기판을 포함할 수 있으므로, 이하에서 유기전자소자용 기판(1)을 유기태양전지 제조에 사용되는 기판으로 설명하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 유기태양전지는 기판 위에 전자수송층(3), 유기활성층(4), 정공수송층(5), 금속전극층(6) 등과 같은 박막이 적층되어 형성된다. 예를 들어, 전자수송층(3)은 TiO2 나노입자가 스핀코팅(spin coating)에 의해서 형성되고, 유기활성층(4)은 P3HT:PCBM이 1:6의 중량비로 혼합되고 스핀캐스팅(spin casting)에 의해서 형성된다. 또한, 정공수송층(5)은 PEDOT/PSS가 블레이드캐스팅(blade casting)에 의해서 형성되고, 금속전극층(6)은 페스트(paste)가 인쇄되어 형성될 수 있다. 따라서, 유기태양전지는 전자수송층(3)의 건조, 유기활성층(4)의 건조 및 어닐링, 정공수송층(5)의 건조, 금속전극층(6)의 소결과정 등과 같은 열처리 과정을 각각 거쳐서 제조된다.
한편, 유기태양전지용 기판은 실리콘 및 유리와 같은 경도가 높은 재질뿐 아니라, 폴리카보네이트(PC), PMMA(Poly Methl Methacrylate) 등과 같은 유연한 재질로도 형성된다. 따라서, 아무런 손상 없이 휘어지는 유연기판(2)도 유기태양전지용 기판이 될 수 있다. 종합적으로, 본 발명에 따른 유기전자소자의 열처리 장치에 사용되는 기판은 유연기판(2)의 일면에 전자수송층(3), 유기활성층(4), 전공수송층, 금속전극층(6) 중 적어도 어느 하나 이상의 박막이 부착되어 열처리되는 기판일 수 있다.
챔버(10)는 열처리 공정이 수행되는 곳으로, 내부에 작업공간이 형성된다. 따라서, 챔버(10)의 내부에 구비된 작업공간에서 유기전자소자용 기판(1)의 열처리가 이루어진다. 이때, 챔버(10)는 열처리 공정에 필요한 부수작업을 하거나 열처리 공정을 감시하기 위해서, 외면이 개방되어 도어(11)가 장착되거나, 외면이 투명부재로 형성될 수 있다.
또한, 챔버(10)는 작업공간과 외부가 소통되도록 형성될 수 있다. 종래 열처리 공정은 진공이나 보호가스가 충진된 밀폐상태의 밀폐형 챔버(10)에서 이루어지지만, 본 발명에 따른 챔버(10)는 외부와 소통되어, 작업공간이 대기에 노출된다. 다시 말해, 챔버(10)의 작업공간과 외부가 소통된다는 것은 작업공간이 진공상태이거나 보호가스로 충진될 필요가 없다는 것이고, 챔버(10)의 외벽이 반드시 관통되어야 하는 것은 아니다. 따라서, 챔버(10)의 외벽에 작업공간과 외부를 연결하는 통로가 형성된 경우뿐 아니라, 작업공간이 폐쇄되었더라도, 작업공간 내의 기압, 기체의 조성 등 작업환경이 챔버(10)의 외부 대기와 유사하다면, 작업공간과 외부는 소통하는 것이다. 이렇게 작업공간이 외부와 소통되므로, 본 발명에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 일반 공기 중에서 열처리를 수행한다. 따라서, 롤투롤 공정을 적용하여 유기전자소자를 고속으로 대량생산할 수 있다.
롤투롤부(20)는 롤투롤 공정을 수행하는 장치로서, 언와인더(21), 수송롤러(23), 와인더(25)를 포함한다. 여기서, 롤투롤 공정은 회로 제조시 얇은 필름 등을 롤에 감으면서 가공하는 방식으로, 고속의 대량생산을 가능하게 한다. 한편, 유기태양전지는 종래 실리콘 또는 무기물 기반의 태양전지에 비해서 경량이고, 생산비용이 저렴하다. 이러한 유기태양전지의 가격경쟁력은 소자의 제조속도와 깊은 관련을 가지므로, 고속의 대량생산이 가능한 롤투롤 공정을 유기태양전지의 열처리 공정에 적용하는 것이 중요하다.
언와인더(21)는 유기전자소자용 기판(1)을 권출하는 장치이고, 와인더(25)는 유기전자소자용 기판(1)을 권취하는 장치이다. 상술한 바와 같이, 유기전자소자용 기판(1)은 유연기판(2)을 기반으로 구부리거나 감는 것이 가능하고, 박막을 형성하는 물질도 기계적 유연성을 가지므로, 두루마리 형태로 말 수 있다. 이러한 유기전자소자용 기판(1)은 언와인더(21)에 두루마리 형태로 말려있다가, 와인더(25)가 회전하면, 일정 속도로 풀리면서 수송되어 와인더(25)에 감긴다. 한편, 언와인더(21)는 챔버(10)의 외부에 배치될 수 있다. 유기전자소자를 제조할 때, 열처리 공정 이전에 전처리, 가공공정이 선행될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 유기태양전지용 기판의 경우에, 유연기판(2)에 전자수송층(3)이 코팅된 후에 챔버(10) 내부로 수송되어 열처리 될 수 있으므로, 언와인더(21)는 챔버(10) 외부에 배치되어 유기전자소자용 기판(1)을 권출할 수 있다. 이때, 챔버(10)의 일면에 개구부가 형성될 수 있어서, 언와인더(21)에서 권출되는 유기전자소자용 기판(1)이 개구부를 통과하여 작업공간으로 이동된다.
한편, 수송롤러(23)는 언와인더(21)와 와인더(25) 사이에 배치되어, 회전하면서 권출되는 유기전자소자용 기판(1)을 와인더(25) 쪽으로 수송하는 장치이다. 이때, 수송롤러(23)는 유기전자소자용 기판(1)이 아래로 처지지 않고 일정한 형태로 수송되도록, 복수 개가 소정의 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 수송롤러(20)는 작업공간의 일측에서부터 타측을 향하여 하나의 열(列)을 형성한다.
히터부(30)는 유기전자소자용 기판(1)을 가열하는 장치로서, 제1 원적외선히터(31)를 포함한다. 여기서, 제1 원적외선히터(31)는 원적외선과 히터열을 방출하는 열원이다. 구체적으로 제1 원적외선히터(31)는 세라믹과 같은 재질로 형성되어 원적외선을 방출하는 방사체 및 히터열을 발생시키는 발열코일을 구비함으로써, 발열되면서 원적외선과 히터열을 방출한다. 이때, 원적외선은 1.5㎛ 이상의 파장을 갖는 적외선으로, 유기활성층(4)을 형성하는 유기물이 가장 잘 흡수하는 파장영역을 가진다. 또한, 원적외선은 물질 내부에 흡수되어 발열하므로, 균일하게 복사 에너지를 전달하는 장점이 있다. 한편, 원적외선을 이용하면, 진공상태도 아니고, 보호가스가 충진되지 않더라도, 대기 중에서 열처리가 가능하다. 이에 관해서는 후술한다.
여기서, 제1 원적외선히터(31)는 롤투롤부(20)에 의해 수송되는 유기전자소자용 기판(1)의 일면에 원적외선을 조사할 뿐만 아니라, 히터열을 방출하여, 유기전자소자용 기판(1)을 가열하므로, 열처리 시간을 단축시킬 수 있다. 이때, 제1 원적외선히터(31)는 원적외선을 유기전자소자용 기판(1)에 집중시키도록, 리플렉터(34)를 포함할 수 있다. 이러한 리플렉터(34)는 원적외선을 반사하는 반사갓으로서, 손실되는 원적외선의 양을 줄이고, 유기전자소자용 기판(1)에 원적외선을 집중시켜서, 에너지 효율을 높인다. 또한, 제1 원적외선 히터는 판형으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 원적외선히터(31)의 길이방향이 유기전자소자용 기판(1)이 수송되는 방향과 나란하게 배치되므로, 원적외선이 조사되는 유기전자소자용 기판(1)의 면적이 넓어진다.
또한, 히터부(30)는 제2 원적외선히터(33)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 원적외선히터(33)는 제1 원적외선히터(31)와 같이 원적외선과 히터열을 방출한다. 다만, 제2 원적외선히터(33)는 유기전자소자용 기판(1)의 타면에 원적외선을 조사한다.
단열부(50)는 작업공간 내의 히터열이 챔버(10)의 외부로 이동되는 것을 차단한다. 이때, 단열부(50)는 단열재로 형성되어, 챔버(10)의 외벽에 배치됨으로써, 챔버(10)의 열손실을 줄인다. 따라서, 유기전자소자용 기판(1)의 가열에 사용되는 히터열의 손실을 막는다.
습도조절부(60)는 작업공간 내의 습도를 제어하는 장치이다. 유기전자소자의 제조될 때에 박막이 코팅되고 패터닝(patterning)되는 과정에서 외부 공기에 노출되므로, 일정한 습도가 유지되어야 한다. 구체적으로, 습도조절부(60)는 챔버(10) 외부의 공기를 흡입하여 제습하고, 제습된 공기를 챔버 내부로 수송한다. 이때, 제습되어 챔버(10) 내부로 수송되는 공기의 습도는 20% 이하로 유지된다. 이렇게 챔버(10) 내 작업공간의 습도가 일정하게 유지되므로, 대기 중에서 원적외선을 이용해 롤투롤 공정으로 열처리를 수행하여, 유기전자소자를 고속으로 대량생산할 수 있다. 습도가 조절됨으로써, 박막이 산소 및 수분에 의해서 영향을 받지 않기 때문인데, 구체적 내용은 후술한다.
송풍부(40)는 공기의 유동을 일으키는 장치로서, 작업공간 내부에서 히터열을 대류시킨다. 이러한 송풍부(40)는 히터열에 의해 가열된 제습 공기를 강제대류시켜 유기전자소자용 기판(1)에 열을 전달함으로써, 작업공간에 균일한 온도가 형성될 수 있도록 한다. 따라서, 챔버(10) 내부의 온도 편차로 인한 열처리 불균일 현상을 방지한다. 한편, 송풍부(40)는 공기의 유동을 발생시키는 임펠러(impeller) 및 공기의 유동을 안내하는 케이싱 등을 구비할 수 있다. 다만, 송풍부(40)는 공기를 내보내어 송풍할 수 있는 한, 모든 공지의 송풍수단을 포함하므로, 회전하는 팬과 모터로 구현될 수도 있다.
본 발명에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 제습된 공기를 가열하여 작업공간으로 공급하는 열풍부(70)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 열풍부(70)는 습도조절부(60)에서 제습되어 챔버(10) 내부로 수송되는 공기를 가열하여, 작업공간으로 공급한다. 이렇게 발생된 열풍은 작업공간을 순환하면서, 히터열과 함께 유기전자소자용 기판(1)에 열을 전달하므로, 넓은 작업공간에서도 균일한 온도가 유지된다. 또한, 가열된 제습 공기가 작업공간에 지속적으로 공급되므로, 작업공간의 압력이 양압으로 상승한다. 이러한 양압은 열처리 과정에서 발생한 휘발성 증기를 챔버 외부로 배출시킨다. 한편, 열풍부(70)는 열풍팬을 회전시키는 열풍모터 및 공기를 가열시키는 열선을 포함으로써, 열선에 의해 가열된 제습 공기가 열풍팬에 의해 작업공간으로 송풍될 수 있다. 다만, 열풍부(70)는 반드시 열풍모터 및 열선을 포함해야 하는 것은 아니고, 제습 공기를 가열하여 작업공간으로 송풍하는 한, 모든 공지된 요소로 구현할 수 있다.
도 4는 열처리 공정 조건에 따른 유기태양전지의 성능을 나타내는 표이다.
일반 대기 중에서 원적외선을 이용한 열처리가 가능한지 알아보기 위해서, 산소와 수분에 민감한 유기활성층(4, 도 1 참조)의 건조 및 어닐링 공정을 진공노(vacuum furnace)와 원적외선히터를 이용해 공기 중에서 수행하였다. 이때, 유기활성층(4, 도 1 참조)은 P3HT:PCBM이 1:0.6의 중량비로 혼합되어 형성되고, 각각 110℃에서 10분간 건조 및 어닐링 공정을 수행하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 그 결과는 건조 및 어닐링 공정이 진공노(vacuum furnace)에서 이루어진 소자 보다 공기 중에서 원적외선히터를 이용해 이루어진 소자에서 전력변환효율(Eff)이 더 높다. 따라서, 원적외선히터를 이용하는 경우에는 대기 중에서도 열처리가 가능하다. 한편, 이러한 결과는 원적외선히터를 이용한 경우에 원적외선이 유기활성층(4, 도 1 참조) 내부에 효율적으로 흡수되어 산소와 수분의 영향이 감쇄되기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 습도조절부(60)가 일정하게 습도를 유지시키고, 원적외선을 이용하므로, 진공상태가 아니거나 보호가스를 충진하지 않더라도, 일반 대기 중에서 열처리 공정을 수행할 수 있다. 또한, 일반 대기 중에서 열처리가 가능하므로, 롤투롤 공정을 적용해서 유기전자소자를 고속으로 대량생산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 정면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치의 측면도이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전자소자의 열처리 장치는 수송롤러(23)가 복수의 열(列)로 배치될 수 있다. 구체적으로, 수송롤러(23)의 열(列)이 작업공간의 종방향을 따라서 복수 개가 형성되는 것이다. 여기서, 작업공간의 종방향은 작업공간의 상부에서 하부로 향하는 방향을 의미한다. 따라서, 유기전자소자용 기판(1)은 수송롤러(23)에 의해 작업공간의 하부로 갈수록, 순방향 또는 역방향 중 어느 한 방향에서 다른 방향으로 전환되면서 지그재그로 수송된다. 이때, 순방향은 작업공간의 일측에서 타측으로 유기전자소자용 기판(1)이 수송되는 방향이고, 역방향은 순반향의 반대 방향으로 작업공간의 타측에서 일측을 향하는 방향을 의미한다. 이렇게 복수의 열(列)로 수송롤러(23)가 배치됨으로써, 챔버(10)의 공간활용효율을 극대화하고, 히터부(30)의 히터열이 접촉하는 유기전자소자용 기판(1)의 면적이 넓어져서 에너지 활용 측면에서도 장점이 있다. 또한, 전자수송층(3, 도 1 참조), 유기활성층(4, 도 1 참조), 정공수송층(5, 도 1 참조), 금속전극층(6, 도 1 참조) 각각의 열처리 조건, 특히 가열시간이 상이하므로, 수송롤러(23)의 열(列)의 개수를 조절하여, 챔버(10) 내에 유기전자소자용 기판(1)이 머무는 시간을 제어할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 유기전자소자용 기판 2: 유연기판
3: 전자수송층 4: 유기활성층
5: 정공수송층 6: 금속전극층
10: 챔버 11: 도어
20: 롤투롤부 21: 언와인더
23: 수송롤러 25: 와인더
30: 히터부 31: 제1 원적외선히터
33: 제2 원적외선히터 34: 리플렉터
40:송풍부 50: 단열부
60: 습도조절부 70: 열풍부

Claims (9)

  1. 내부에 열처리 공정이 수행되도록 작업공간이 형성된 챔버;
    유기전자소자용 기판을 권출하는 언와인더, 상기 작업공간의 일측에서 타측으로 이격 배치되어 열(列)을 형성하고 상기 유기전자소자용 기판을 수송하는 복수의 수송롤러 및 수송된 상기 유기전자소자용 기판을 권취하는 와인더를 포함하는 롤투롤부;
    수송되는 상기 유기전자소자용 기판의 일면에 원적외선을 조사하고, 히터열을 방출하는 제1 원적외선히터를 포함하는 히터부;
    상기 챔버의 외벽에 배치되고, 상기 작업공간 내의 상기 히터열이 상기 챔버의 외부로 이동되는 것을 차단하는 단열부;
    상기 챔버 외부의 공기를 흡입하여 제습하고, 제습된 상기 공기를 상기 챔버 내부로 수송하는 습도조절부; 및
    상기 작업공간의 일측에서부터 타측으로 제습된 상기 공기를 송풍하여, 상기 작업공간 내부에서 상기 히터열을 대류시키는 송풍부;
    를 포함하는 유기전자소자의 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 작업공간과 상기 챔버의 외부가 소통되는 유기전자소자의 열처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 언와인더는 상기 챔버의 외부에 배치되고,
    상기 챔버는 상기 언와인더에서 권출되는 상기 유기전자소자용 기판이 상기 작업공간으로 이동되도록, 외면에 개구부가 형성되는 유기전자소자의 열처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기전자소자용 기판은 유기태양전지의 제조에 사용되고, 유연기판의 일면에 전자수송층, 유기활성층, 정공수송층, 금속전극층 중 어느 하나 이상의 박막이 형성된 유기전자소자의 열처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수송롤러는 상기 작업공간의 일측에서부터 타측으로 상기 유기전자소자용 기판이 수송되는 순방향 또는 상기 순방향과 반대되는 역방향 중 어느 한 방향에서 다른 방향으로 전환되어 지그재그로 수송되도록, 상기 작업공간의 종방향을 따라서 복수의 열로 배치되는 유기전자소자의 열처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터부는,
    수송되는 상기 유기전자소자용 기판의 타면에 상기 원적외선을 조사하고, 상기 히터열을 방출하는 제2 원적외선히터를 더 포함하는 유기전자소자의 열처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 원적외선히터는 판형으로 형성되고, 상기 작업공간의 일측에서부터 타측으로 상기 유기전자소자용 기판이 수송되는 순방향 또는 상기 순방향과 반대되는 역방향과 나란하게 배치되는 유기전자소자의 열처리 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 습도조절부는 상기 챔버 내부로 수송되는 상기 공기의 습도가 20% 이하가 되도록 제습하는 유기전자소자의 열처리 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 내부로 수송되는 상기 공기를 가열하고, 상기 작업공간에 양압이 발생되어 상기 작업공간 내부의 휘발성 증기가 외부로 배출되도록, 가열된 상기 공기를 상기 작업공간으로 공급하는 열풍부;
    를 더 포함하는 유기전자소자의 열처리 장치.
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