KR101937869B1 - 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름 및 이를 사용한 그래핀 필름의 제조 방법 - Google Patents

그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름 및 이를 사용한 그래핀 필름의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 지지체, 및 상기 지지체의 일면에 구비된 점착층을 포함하여 이루어지고, 상기 지지체가 형성되지 않은 상기 점착층의 일면에는 그래핀 필름이 부착되고, 상기 점착층의 점착력은 0.1gf/in 이상 및 3gf/in 미만인 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름 및 이를 사용한 그래핀 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 열박리테이프 대신에 감압 점착(Pressure Sensitive Adhesive) 필름을 이용하여 지지층 필름을 구성함으로써 열을 가하지 않고 박리할 수 있고 박리 과정에서 그래핀 필름에 보이드 등의 미세 결함 문제 및 그래핀 필름에 잔유물로 인한 오염 문제를 개선할 수 있다.

Description

그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름 및 이를 사용한 그래핀 필름의 제조 방법{Supporting film for transferring in a manufacturing process of Graphene film and method of manufacturing a graphene film using the same}
본 발명은 그래핀 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 그래핀 필름 제조시 사용되는 전사용 지지층 필름에 관한 것이다.
탄소 원자들로 구성된 물질로서 플러렌(fullerene), 탄소 나노 튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 및 흑연(graphite) 등이 알려져 있다. 그 중에서 그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루고 있는 전도성 물질이다.
이와 같은 그래핀은 구조적 및 화학적으로 매우 안정할 뿐 아니라 뛰어난 전도체로서 실리콘보다 빠르게 전자를 이동시킬 수 있고 구리보다 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있는 것으로 보고되어 있다. 또한, 그래핀은 투명하고 나노 패턴으로의 가공이 용이한 장점이 있다. 따라서, 상기와 같은 장점이 있는 그래핀을 센서, 메모리 및 평판 디스플레이 장치에 적용하고자 하는 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
그래핀을 다양한 분야에 적용하기 위해서는 그래핀을 대량 합성하는 방법이 필요하다. 종래의 경우 흑연을 기계적으로 분쇄하여 용액 상에 분산시킨 후 자기조립 현상을 이용하여 박막의 그래핀 필름을 합성하는 방법이 있었지만, 그 경우 얻어진 그래핀 필름의 전기적 및 기계적 특성이 기대에 미치지 못하였다.
이에 화학 기상 증착법을 이용하여 금속 촉매 기재 상에 그래핀 필름을 합성하는 방법이 고안된 바 있고, 그를 이용하여 원하는 기판 상에 그래핀 필름을 형성하는 방법이 제안되었다. 이하, 도면을 참조로 화학 기상 증착법을 이용한 종래의 그래핀 필름 형성 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 기판 상에 그래핀 필름을 형성하는 방법의 개략적인 공정도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 금속 촉매 기재(1)의 상면 상에 화학적 기상 증착법을 이용하여 그래핀 필름(2)을 증착한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 그래핀 필름(2)의 상면 상에 지지층 필름(3)을 적층한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 그래핀 필름(2)의 하면에 형성되어 있는 금속 촉매 기재(1)를 식각하여 제거한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 금속 촉매 기재(1)가 제거된 그래핀 필름(2)의 하면 상에 원하는 목표 기판(4)을 적층한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 그래핀 필름(2)의 상면 상에 형성되어 있는 지지층 필름(3)을 박리하여, 원하는 목표 기판(4) 상에 형성된 그래핀 필름(2)을 얻는다.
이와 같은 도 1a 내지 도 1e에 따른 방법의 경우 화학적 기상 증착법을 이용한 그래핀 필름(2)의 증착 공정, 지지층 필름(3)의 적층 공정, 금속 촉매 기재(1)의 식각 공정, 목표 기판(4)의 적층 공정 및 지지층 필름(3)의 박리 공정을 통해서, 최종적으로 원하는 목표 기판(4) 상에 그래핀 필름(2)을 형성할 수 있다.
이와 같은 종래의 방법의 경우, 상기 지지층 필름(3)으로 열박리테이프(Thermal Release Tape, TRT)를 이용하는데, 그에 따라 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 상기 지지층 필름(3)은 전술한 도 1e 공정에서 상기 그래핀 필름(2)으로부터 박리되는데, 이를 위해서 상기 도 1d의 목표 기판(4)의 적층 공정 중에 또는 상기 목표 기판(4)의 적층 공정 이후에 고온, 예를 들어 약 100℃의 고온으로 상기 지지층 필름(3)을 가열하는 공정을 거치게 된다.
이와 같이, 상기 열박리테이프로 이루어진 지지층 필름(3)을 박리하기 위해서는 고온에서의 가열 공정이 필수적으로 요구되는데, 이와 같은 가열 공정 중에 상기 목표 기판(4)이 열변형될 수 있다. 상기 목표 기판(4)이 열변형되면 그래핀 필름(2)과 목표 기판(4) 사이에 보이드(void)가 발생하여 그래핀 필름(2)과 목표 기판(4) 사이의 접촉 불량이 발생할 수 있고, 경우에 따라, 상기 지지층 필름(3)을 박리한 후에 상기 그래핀 필름(2)에 보이드(void) 등의 미세한 결함이 발생할 수 있다.
둘째, 상기 지지층 필름(3)의 박리를 위한 가열 공정이 충분히 이루어지지 않은 경우에는 상기 지지층 필름(3)과 상기 그래핀 필름(2) 사이의 접착력 상실이 불완전하여 상기 지지층 필름(3)을 박리하는 과정에서 상기 그래핀 필름(2)의 일부분이 뜯겨 나가 상기 그래핀 필름(2)에 보이드가 발생할 수 있고, 경우에 따라 상기 지지층 필름(3)을 박리한 후에 상기 그래핀 필름(2) 상에 상기 지지층 필름(3)의 성분이 잔존하여 상기 그래핀 필름(2)을 오염시키는 문제가 발생할 수도 있다.
또한, 상기 가열 공정이 충분히 이루어진 경우라 할지라도 상기 지지층 필름(3)과 상기 그래핀 필름(2) 사이의 접착이 과도하게 이루어진 경우에는 위에서 설명한 바와 마찬가지로 상기 지지층 필름(3)을 박리하는 과정에서 상기 그래핀 필름(2)에 보이드가 발생하거나 또는 상기 지지층 필름(3)을 박리한 후에 상기 그래핀 필름(2) 상에 상기 지지층 필름(3)의 성분이 잔존하여 상기 그래핀 필름(2)을 오염시키는 문제가 발생할 수 있다.
이상과 같이 종래의 경우에는 상기 그래핀 필름(2)에 보이드(void) 등의 미세한 결함이 발생하거나 상기 그래핀 필름(2) 상에 오염성분이 잔존하여 균일한 그래핀 필름(2)을 얻기 어려우며, 그에 따라 상기 그래핀 필름(2)의 면저항이 증가하게 되어 제품의 특성이 저하되고, 또한 손상된 부분을 통해 산소가 침투할 수 있어 제품의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 열을 가하지 않고 박리할 수 있고 박리 과정에서 그래핀 필름에 보이드 등의 미세 결함을 발생시키지 않으면서 그래핀 필름을 오염시키지 않는 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름 및 이를 사용한 그래핀 필름 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 지지체, 및 상기 지지체의 일면에 구비된 점착층을 포함하여 이루어지고, 상기 지지체가 형성되지 않은 상기 점착층의 일면에는 그래핀 필름이 부착되고, 상기 점착층의 점착력은 0.1gf/in 이상 및 3gf/in 미만인 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은 베이스 기재의 상면 상에 그래핀 필름을 형성하는 공정; 상기 그래핀 필름의 상면 상에 지지층 필름을 적층하는 공정; 상기 베이스 기재를 식각하여 제거하는 공정; 상기 베이스 기재가 제거된 그래핀 필름의 하면 상에 목표 기판을 적층하는 공정; 및 상기 지지층 필름을 박리하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 지지층 필름은 지지체, 및 상기 지지체의 일면에 구비된 점착층을 포함하여 이루어지고, 상기 지지체가 형성되지 않은 상기 점착층의 일면에는 상기 그래핀 필름이 부착되고, 상기 점착층의 점착력은 0.1gf/in 이상 및 3gf/in 미만인 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름으로 이루어진 그래핀 필름의 제조 방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 열박리테이프 대신에 감압 점착(Pressure Sensitive Adhesive) 필름을 이용하여 지지층 필름을 구성함으로써 열을 가하지 않고 박리할 수 있고 박리 과정에서 그래핀 필름에 보이드 등의 미세 결함 문제 및 그래핀 필름에 잔유물로 인한 오염 문제를 개선할 수 있다.
따라서, 균일한 그래핀 필름을 얻을 수 있고, 그래핀 필름의 면저항이 증가하지 않아 제품의 특성이 향상되고, 또한 수분 침투 등에 의한 제품의 신뢰성 저하문제도 개선될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 기판 상에 그래핀 필름을 형성하는 방법의 개략적인 공정도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름을 제조하는 방법의 개략적인 공정도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름을 제조하는 방법의 개략도로서, 이는 롤투롤(roll to roll) 장비를 이용한 방법이다.
도 4는 본 발명은 일 실시예에 따른 지지층 필름의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름을 제조하는 방법의 개략적인 공정도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 베이스 기재(10)의 상면 상에 그래핀 필름(20)을 형성한다.
상기 베이스 기재(10)는 상기 그래핀 필름(20)의 형성을 위한 촉매 재료로 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 베이스 기재(10)는 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동(brass), 청동(bronze), 백동(white brass), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 베이스 기재(10)가 반드시 금속으로 이루어져야 하는 것은 아니고, 실리콘과 같은 비금속 재료로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 상기 비금속 재료 상에 전술한 금속 또는 합금의 촉매층이 추가로 적층될 수 있다.
상기 그래핀 필름(20)은 상기 베이스 기재(10)의 상면 상에 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용하여 증착 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 필름(20)은 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 또는 톨루엔 등과 같은 탄소 소스를 이용하여 당업계에 공지된 화학적 기상 증착법, 예를 들어, 급속 고온 화학 기상 증착법(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition; RTCVD), 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착법(Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition; ICP-CVD), 저압 화학 기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD), 상압 화학 기상 증착법(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition; APCVD), 금속 유기 화학 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 또는 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)을 통해 형성할 수 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 그래핀 필름(20)의 상면 상에 지지층 필름(30)을 적층한다.
상기 지지층 필름(30)의 적층 공정은 도 2b의 위쪽 도면에서와 같이 스테이지(100)와 롤러(200)를 이용하여 수행할 수도 있고, 도 2b의 아래쪽 도면에서와 같이 하부 롤러(210)와 상부 롤러(220)를 이용하여 수행할 수도 있다.
구체적으로, 도 2b의 위쪽 도면에서와 같이, 상기 그래핀 필름(20)이 형성된 베이스 기재(10)를 스테이지(100) 상에 로딩한 상태에서 상기 지지층 필름(30)을 상기 그래핀 필름(20)의 상면 상에 위치시킨 후 롤러(200)를 회전시켜 상기 그래핀 필름(20)의 상면에 상기 지지층 필름(30)을 적층할 수 있다. 이때, 상기 스테이지(100)는 진공 흡착 기구를 포함할 수 있다.
또한, 도 2b의 아래쪽 도면에서와 같이, 상기 그래핀 필름(20)이 형성된 베이스 기재(10)를 하부 롤러(210)와 상부 롤러(220) 사이에 위치시킨 상태에서 상기 지지층 필름(30)을 상기 그래핀 필름(20)의 상면 상으로 투입하면서 상기 하부 롤러(210)와 상부 롤러(220)를 회전시켜 상기 그래핀 필름(20)의 상면에 상기 지지층 필름(30)을 적층할 수도 있다. 이때, 상기 베이스 기재(10)의 하면에 박막 기판을 추가로 배치할 수도 있다.
상기 지지층 필름(30)은 종래와 같이 열박리테이프를 이용하지 않고 그 대신에 감압 점착(Pressure Sensitive Adhesive) 필름을 이용한다. 이와 같은 지지층 필름(30)은 지지체(31) 및 점착층(32)을 포함하여 이루어지며, 상기 점착층(32)이 상기 그래핀 필름(20)에 접착된다. 이와 같은 지지층 필름(30)의 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 그래핀 필름(20)의 하면에 형성되어 있는 베이스 기재(10)를 식각하여 제거한다.
상기 식각 공정은 상기 베이스 기재(10) 및 상기 그래핀 필름(20)의 적층 구조물을 식각 용액에 침지하는 공정을 통해 수행할 수 있다. 상기 식각 용액은 상기 베이스 기재(10)를 선택적으로 식각하여 제거할 수 있는 용액을 사용한다. 예를 들어, 상기 식각 용액은 (NH4)2S2O8, HF, BOE, Fe(NO3)3, FeCl3 또는, CuCl2 등을 이용할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 베이스 기재(10)가 제거된 그래핀 필름(20)의 하면 상에 목표 기판(40)을 적층한다.
상기 목표 기판(40)의 적층 공정은 롤러 등과 같은 가압기구를 이용한 당업계에 공지된 다양한 라미네이션(lamination) 공정을 통해 수행할 수 있다. 상기 목표 기판(40)은 최종 소자에 적용되는 기판에 해당하는 것으로서, 예로서 유리 기판 또는 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyehylene naphthalate; PEN), 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC)를 이용할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 목표 기판(40)은 고무(rubber)계열 고분자, 실리콘(silicon)계열 고분자, 또는 아크릴(acryl)계열 고분자와 같은 당업계에 공지된 다양한 점착제를 이용하여 상기 그래핀 필름(20)의 하면에 고정될 수 있다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 그래핀 필름(20)의 상면 상에 형성되어 지지층 필름(30)을 박리하여, 상기 목표 기판(40) 상에 그래핀 필름(20)이 형성된 적층 구조를 얻는다.
상기 지지층 필름(30)은 전술한 바와 같이 열박리테이프가 아니라 감압 점착(Pressure Sensitive Adhesive) 필름으로 이루어지기 때문에, 상기 지지층 필름(30)의 박리 공정을 위해서 고온으로 가열하는 공정은 필요하지 않고, 그 대신에 수작업 또는 소정의 장치를 이용하여 기계적으로 상기 지지층 필름(30)에 대한 박리 공정을 수행한다.
한편, 도시된 바와 같이, 도 2d에 따른 목표 기판(40)의 적층 공정을 수행한 후에 도 2e에 따른 지지층 필름(30)의 박리 공정을 수행하는 것도 가능하지만, 상기 목표 기판(40)의 적층 공정과 상기 지지층 필름(30)의 박리 공정을 동시에 수행하는 것도 가능하다. 예로서, 상기 그래핀 필름(20)의 하면에는 상기 목표 기판(40)이 감겨진 공급 롤러를 위치시키고 상기 지지층 필름(30)의 상면에서 박리 롤러를 위치시킨 후, 상기 공급 롤러와 상기 박리 롤러 사이로 상기 그래핀 필름(20)과 지지층 필름(30)의 적층 구조물을 통과시킴으로써, 상기 그래핀 필름(20)의 하면 상에 상기 목표 기판(40)을 적층함과 동시에 상기 그래핀 필름(30)의 상면 상에 적층된 지지층 필름(30)을 박리하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 필름을 제조하는 방법의 개략도로서, 이는 롤투롤(roll to roll) 장비를 이용한 방법이다.
우선, 롤투롤 장비에 대해서 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름 제조용 롤투롤 장비는 제1 적층 롤러 세트(201, 202), 제2 적층 롤러 세트(203, 204), 공급 롤러(401, 402, 403), 박리 롤러(501, 502), 권취 롤러(600), 가이드 롤러(701, 702, 703, 704, 705), 및 식각 장비(800)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 적층 롤러 세트(201, 202)는 서로 상하로 마주하고 있는 제1 하부 적층 롤러(201) 및 제1 상부 적층 롤러(202)로 이루어진다. 이와 같은 제1 하부 적층 롤러(201) 및 제1 상부 적층 롤러(202)는 베이스 기재(10)와 그래핀 필름(20)의 적층 구조물 상에 지지층 필름(30)을 적층시킨다. 상기 제1 적층 롤러 세트(201, 202)는 제1/제2 공급 롤러(401, 402)와 식각 장비(800) 사이의 위치에 배치되어 있다.
상기 제2 적층 롤러 세트(203, 204)는 서로 상하로 마주하고 있는 제2 하부 적층 롤러(203) 및 제2 상부 적층 롤러(204)로 이루어진다. 이와 같은 제2 하부 적층 롤러(203) 및 제2 상부 적층 롤러(204)는 그래핀 필름(20)과 지지층 필름(30)의 적층 구조물 아래에 목표 기판(40)을 적층시킨다. 상기 제2 적층 롤러 세트(203, 204)는 식각 장비(800)와 박리 롤러(501, 502) 사이의 위치에 배치되어 있다.
상기 공급 롤러(401, 402, 403)는 제1 공급 롤러(401), 제2 공급 롤러(402), 및 제3 공급 롤러(403)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 공급 롤러(401)와 상기 제2 공급 롤러(402)는 서로 상하로 마주하고 있다. 상기 제1 공급 롤러(401)는 베이스 기재(10)와 그래핀 필름(20)의 적층 구조물을 공급하고, 상기 제2 공급 롤러(402)는 지지층 필름(30)을 공급한다. 상기 제3 공급 롤러(403)는 목표 기판(40)을 공급한다. 상기 제1 공급 롤러(401)와 제2 공급 롤러(402)는 상기 제1 적층 롤러 세트(201, 202)의 전방에 배치되어 있고, 상기 제3 공급 롤러(403)는 식각 장비(800)와 상기 제2 적층 롤러 세트(203, 204) 사이의 위치에 배치되어 있다.
상기 박리 롤러(501, 502)는 서로 상하로 마주하고 있는 하부 박리 롤러(501) 및 상부 박리 롤러(502)를 포함하여 이루어지며, 상기 상부 박리 롤러(502)를 따라 지지층 필름(30)이 박리된다. 상기 박리 롤러(501, 502)는 상기 제2 적층 롤러 세트(203, 204)와 권취 롤러(600) 사이의 위치에 배치되어 있다.
상기 권취 롤러(600)는 완성품인 목표 기판(40) 상에 형성된 그래핀 필름(20)의 적층 구조물을 감는 역할을 하며, 맨 마지막 위치에 배치되어 있다.
상기 가이드 롤러(701, 702, 703, 704, 705)는 필름 또는 적층 구조물을 가이드하는 것으로서, 도면에는 식각 장비(800)의 전방과 후방, 및 식각 장비(800)의 내부에 형성된 경우만 도시하였지만, 그 외에 다른 장비의 전방과 후방에 추가로 형성될 수 있다.
상기 식각 장비(800)는 그래핀 필름(20)의 하면 상에 형성된 베이스 기재(10)를 식각하기 위한 것으로서, 상기 식각 장비(800) 내에는 소정의 식각액(810)이 수용되어 있다. 상기 식각 장비(800)는 제1 적층 롤러 세트(201, 202)와 제2 적층 롤러 세트(203, 204) 사이의 위치에 배치되어 있다.
다음, 전술한 롤투롤 장비를 이용한 그래핀 필름의 제조 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기 제1 공급 롤러(401)에서 공급된 베이스 기재(10)와 그래핀 필름(20)의 적층 구조물과 상기 제2 공급 롤러(402)에서 공급된 지지층 필름(30)을 상기 제1 적층 롤러 세트(201, 202)로 이동시킨다. 그리하면, 상기 지지층 필름(30)이 상기 그래핀 필름(20)의 상면 상에 적층된다.
그 후, 상기 베이스 기재(10), 그래핀 필름(20), 및 지지층 필름(30)의 적층 구조물을 상기 식각 장비(800)를 통과시킴으로써 상기 베이스 기재(10)를 식각하여 제거한다.
그 후, 상기 그래핀 필름(20) 및 지지층 필름(30)의 적층 구조물을 상기 제2 적층 롤러 세트(203, 204)로 이동시키고 그와 동시에 상기 제3 공급 롤러(403)에서 공급된 목표 기판(40)을 상기 제2 적층 롤러 세트(203, 204)로 이동시킨다. 그리하면, 상기 목표 기판(40)이 상기 그래핀 필름(20)의 하면 상에 적층됨으로써, 상기 목표 기판(40), 그래핀 필름(20) 및 지지층 필름(30)이 차례로 적층된 적층 구조물이 얻어진다.
그 후, 상기 목표 기판(40), 그래핀 필름(20) 및 지지층 필름(30)이 차례로 적층된 적층 구조물을 상기 제1 박리 롤러(501) 및 제2 박리 롤러(502) 사이로 이동시킨다. 그리하면, 상기 지지층 필름(30)이 상기 그래핀 필름(20)에서 박리되어, 상기 목표 기판(40) 상에 그래핀 필름(20)이 적층된 적층 구조물이 얻어지고, 얻어진 적층 구조물을 상기 권취 롤러(600)에 권취함으로써 공정을 완료한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 필름(30)에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명은 일 실시예에 따른 지지층 필름의 개략적인 단면도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 필름(30)은 지지체(31) 및 점착층(32)을 포함하여 이루어진다.
상기 지지체(31)는 상기 지지층 필름(30)의 베이스 역할을 한다. 상기 지지체(31)는 온도가 높거나 습도가 높은 조건에서 변형이 일어나게 되면 상기 지지층 필름(30)에 접힘이나 주름이 발생하게 된다. 따라서, 상기 지지체(31)는 내열 및 내습 특성을 가지고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지체(31)는 쿠션 성질을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 내열 및 내습 특성, 및 쿠션 성질을 가지는 상기 지지체(31)의 재료로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethylene terephthalte); PET)를 이용할 수 있다.
상기 점착층(32)은 상기 지지체(31)의 일면에 형성되어 있다. 상기 지지체(31)가 형성되지 않은 상기 점착층(32)의 일면에는 전술한 그래핀 필름(20)이 부착된다.
상기 점착층(32)은 상기 그래핀 필름(20)에 잘 부착되어야 하고, 또한 상기 그래핀 필름(20)에서 박리될 때 상기 그래핀 필름(20)에 보이드가 발생하지 않도록 함과 더불어 상기 그래핀 필름(20)에 잔류하지 않고 잘 떨어져야 한다. 이와 같은 점착층(32)의 재료로는 실리콘(silicone)계 고분자를 이용할 수 있다. 상기 실리콘계 고분자는 상기 그래핀 필름(20)에 잘 부착되며 상기 그래핀 필름(20)으로부터 용이하게 박리되는 장점이 있다. 특히, 상기 그래핀 필름(20)과의 부착성 및 박리성을 향상시키기 위해서, 상기 실리콘계 고분자로 이루어진 점착층(32)은 오일 성분 함유량이 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 실리콘계 고분자로 이루어진 점착층(32)은 그 내부에 오일 성분을 1중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 그 내부에 오일 성분을 함유하지 않는 것이 좋다.
상기 점착층(32)은 적절한 점착력을 가지고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로 설명하면, 상기 점착층(32)의 점착력이 너무 크면 전술한 도 2e의 박리 공정에서 상기 지지층 필름(30)을 상기 그래핀 필름(20)으로부터 박리할 때 상기 점착층(32)이 상기 지지층 필름(30)으로부터 부분적으로 박리가 불완전하게 되면서 상기 그래핀 필름(20)의 일부분이 뜯겨 나가 상기 그래핀 필름(20)에 보이드(void)와 같은 미세 결함이 발생할 수 있고, 경우에 따라서 상기 그래핀 필름(20)에 점착층(32)의 일부분이 잔류하여 상기 그래핀 필름(20)이 오염될 수 있다.
또한, 상기 점착층(32)의 점착력이 너무 작으면 전술한 도 2b의 적층 공정에서 상기 지지층 필름(30)과 상기 그래핀 필름(20) 사이에 미세기포다발과 같은 보이드가 발생하면서 상기 지지층 필름(30)과 그래핀 필름(20) 사이의 접촉(contact)이 불완전하게 된다. 이와 같이, 지지층 필름(30)과 그래핀 필름(20) 사이의 접촉이 불완전하여 상기 지지층 필름(30)과 그래핀 필름(20) 사이에 비접촉 영역이 발생하면, 전술한 도 2c의 식각 공정에서 식각액이 상기 지지층 필름(30)과 그래핀 필름(20) 사이의 비접촉 영역으로 침투하여 상기 그래핀 필름(20)에 보이드와 같은 미세 결함이 발생한다.
이와 같이, 상기 그래핀 필름(20)에 미세 결함 발생을 방지함과 더불어 상기 그래핀 필름(20)의 오염을 방지하기 위해서, 상기 점착층(32)의 점착력은 0.1gf/in 이상 및 3gf/in 미만이 바람직하다. 즉, 상기 점착층(32)의 점착력이 0.1gf/in 보다 낮으면 상기 지지층 필름(30)과 그래핀 필름(20) 사이에 비접촉 영역이 발생하여 전술한 도 2c의 식각 공정 이후에 상기 그래핀 필름(20)에 보이드와 같은 미세 결함이 발생할 수 있고, 상기 점착층(32)의 점착력이 3gf/in 이상이면 전술한 도 2e의 박리 공정 이후에 상기 그래핀 필름(20)에 보이드(void)와 같은 미세 결함이 발생하거나 또는 상기 그래핀 필름(20)에 점착층(32)의 일부분이 잔류하여 상기 그래핀 필름(20)이 오염될 수 있다.
상기 그래핀 필름(20)에 상기 지지층 필름(30)이 잘 부착되기 위해서, 상기 점착층(32)은 자가 흡착력(wetting성, 퍼짐성, 또는 젖음성)이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 점착층(32)의 자가 흡착력은 10 gf 내지 50 gf 범위인 것이 바람직하다. 만약, 상기 점착층(32)의 자가 흡착력이 10 gf 미만일 경우에는 상기 그래핀 필름(20)에 상기 지지층 필름(30)을 부착할 때 상기 점착층(32)에 기포나 버블이 발생하여 상기 그래핀 필름(20)에 상기 지지층 필름(30)이 쉽게 부착되지 않을 수 있고, 상기 점착층(32)의 자가 흡착력이 50 gf 보다 클 경우에는 상기 점착층(32)의 자가 흡착력이 너무 커서 상기 그래핀 필름(20)에서 상기 지지층 필름(30)을 박리할 때 상기 점착층(32)이 상기 그래핀 필름(20)에 이물로 남겨질 수 있다. 본 명세서에서 점착력과 자가 흡착력 특성은 JISZ0237법에 의해 측정된 값이다.
또한, 상기 그래핀 필름(20)에서 상기 지지층 필름(30)을 박리하는 과정에서 마찰력에 의한 정전기가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 그래핀 필름(20)과 접촉하는 상기 점착층(32)은 마찰력에 의한 정전기 발생이 최소화될 수 있도록 구성된 것이 바람직하다. 상기 마찰력에 의한 정전기 발생을 최소화하기 위해서 상기 점착층(32)은 그 내부에 정전기 방지제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 지지층 필름(30)은 150㎛ 내지 300㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 만약, 상기 지지층 필름(30)이 150㎛ 미만의 두께를 가질 경우에는 적층 공정시 작업이 어렵고 또한 상기 그래핀 필름(20)을 지지하는 지지층으로의 기능을 원활히 수행하기 어렵고, 상기 지지층 필름(30)이 300㎛의 두께를 초과할 경우에도 적층 공정시 작업이 용이하지 않을 수 있고 또한 비용이 증가되어 경제성이 저하된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 베이스 기재 20: 그래핀 필름
30: 지지층 필름 31: 지지체
32: 점착층 40: 목표 기판

Claims (11)

  1. 지지체, 및 상기 지지체의 일면에 구비된 점착층을 포함하여 이루어지고,
    상기 지지체가 형성되지 않은 상기 점착층의 일면에는 그래핀 필름이 부착되고, 상기 점착층의 점착력은 0.1gf/in 이상 및 3gf/in 미만이고,
    상기 점착층은 오일 성분이 1중량%이하인 실리콘계 고분자로 이루어지고, 상기 점착층의 자가 흡착력은 10 gf 내지 50 gf 범위이고, 상기 점착층은 정전기 방지제를 포함하여 이루어진 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 점착층의 두께는 150㎛ 내지 300㎛ 범위인 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하여 이루어진 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름.
  8. 베이스 기재의 상면 상에 그래핀 필름을 형성하는 공정;
    상기 그래핀 필름의 상면 상에 지지층 필름을 적층하는 공정;
    상기 베이스 기재를 식각하여 제거하는 공정;
    상기 베이스 기재가 제거된 그래핀 필름의 하면 상에 목표 기판을 적층하는 공정; 및
    상기 지지층 필름을 박리하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 지지층 필름은 전술한 제1항 및 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 그래핀 필름 제조를 위한 전사용 지지층 필름으로 이루어진 그래핀 필름의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 목표 기판을 적층하는 공정 및 상기 지지층 필름을 박리하는 공정은 동시에 수행하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 지지층 필름을 적층하는 공정은 상기 베이스 기재와 상기 그래핀 필름의 적층 구조물을 제1 하부 적층 롤러 및 제1 상부 적층 롤러로 이루어진 제1 적층 롤러 세트로 공급함과 더불어 상기 지지층 필름을 상기 제1 적층 롤러 세트로 공급하는 공정을 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 목표 기판을 적층하는 공정은 상기 그래핀 필름 및 상기 지지층 필름의 적층 구조물을 제2 하부 적층 롤러 및 제2 상부 적층 롤러로 이루어진 제2 적층 롤러 세트로 공급함과 더불어 상기 목표 기판을 상기 제2 적층 롤러 세트로 공급하는 공정을 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
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