KR102383317B1

KR102383317B1 - 광 소결 장치

Info

Publication number: KR102383317B1
Application number: KR1020180073668A
Authority: KR
Inventors: 이순종; 우봉주; 이동석
Original assignee: 메타솔 주식회사
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2022-04-07
Also published as: KR20180075460A

Abstract

광 소결 장치가 개시된다. 광 소결 장치는, 상향으로 볼록한 형상으로 형성된 중심 만곡부; 상기 중심 만곡부를 기준으로 좌우 대칭되도록 각각 상향 만곡되며, 각각의 일단이 상기 중심 만곡부의 각 일단에 접하는 한 쌍의 주만곡부; 및 상기 주만곡부의 좌측 단부 및 우측 단부에서 연장되어 상향 만곡되도록 형성되는 한 쌍의 보조 만곡부를 포함한다.

Description

광 소결 장치{Apparatus for intense pulsed light sintering}

본 발명은 광 소결 장치에 관한 것이다.

최근 전자기술과 정보통신기술이 발전함에 따라 스마트기기, OLED, 태양전지 등 다양한 전자기기들이 개발되고 있다. 이러한 전자기기들에 사용되는 전자소자를 제조하기 위해서는 인쇄전자기술이 활용된다. 인쇄전자기술은 전도성, 절연성, 반도체성 등을 지닌 기능성 잉크를 산업용 프린팅 공정기법을 통하여 플라스틱, 필름, 종이, 유리, 기판에 인쇄하여 원하는 기능의 전자소자를 제조하는 기술이다.

이러한 인쇄전자기술은 다양한 소재에 프린팅하는 방식으로 응용이 가능하고, 기존 전자산업과 다른 제조공정을 통한 대량 생산, 대면적화 및 공정단순화를 가능케 한다.

인쇄전자기술의 공정은 인쇄, 건조, 소결 등의 세가지 단계로 이루어진다. 이때, 제품의 성능에 크게 영향을 미치는 단계가 소결 공정이다. 소결은 나노입자를 융화시켜 고체 형태의 기능성 박막을 만드는 것으로, 차세대 기술 분야에서 상당한 가치를 가지는 공정이다. 일반적인 소결 공정은 열 소결법, 마이크로웨이브 소결법, 레이저 소결법 등을 통해 이루어진다. 기존 열 소결법은 고온의 진공챔버 환경에서 소결 공정이 진행되므로, 열에 취약한 유연기판에 적용이 곤란하고, 다른 소결 방법들은 공정 시간이 길고, 복잡한 단계를 거쳐야 하므로 생산성이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 하기의 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 광소결 기술이 개발되었다. 광소결 기술은 제논램프에서 발생한 백색광을 전파하여 나노입자를 융화시킴으로써, 기존의 열 등을 사용하는 방법에 비해 기능성 박막을 훨씬 빠르고 대량으로 생산할 수 있다. 다만, 종래 광소결 장비는 국부적 소결만이 가능하며, 소결의 균일성이 떨어지고, 대면적 기판에 적용이 곤란한 문제가 있다.

또한, 일반적인 광소결은 기판 등의 금속잉크를 인쇄하고 이를 건조시킨 후에 이루어지므로, 광소결 장비 이외에도 별도의 건조 장비를 사용해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 현재 종래의 광소결 장비의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

KR

10-2012-0135424

A

본 발명은 건조 및 소결을 함께 수행할 수 있는 광 소결 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 대면적에도 광 소결 효율이 향상된 광 소결 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 광 균일도가 향상된 광 소결 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 건조 및 소결을 함께 수행할 수 있는 광 소결 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상향으로 볼록한 형상으로 형성된 중심 만곡부; 상기 중심 만곡부를 기준으로 좌우 대칭되도록 각각 상향 만곡되며, 각각의 일단이 상기 중심 만곡부의 각 일단에 접하는 한 쌍의 주만곡부; 및 상기 주만곡부의 좌측 단부 및 우측 단부에서 연장되어 상향 만곡되도록 형성되는 한 쌍의 보조 만곡부를 포함하는 광 소결 장치가 제공될 수 있다.

상기 중심 만곡부의 하부에는 제1 발광부가 위치되며,

상기 보조 만곡부의 하부에는 한 쌍의 제2 발광부가 위치될 수 있다.

상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부 중 적어도 하나는 제논 램프일 수 있다.

상기 중심 만곡부의 원호 반지름은 상기 주만곡부의 원호 반지름보다 작도록 형성된다.

상기 중심 만곡부의 원호 반지름은 상기 보조 만곡부의 원호 반지름보다 크도록 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 원호 형상으로 형성되는 제1 중심 만곡부; 상기 제1 중심 만곡부와 일정 간격 이격되어 원호 형상으로 형성되는 제2 중심 만곡부; 상기 제1 중심 만곡부 및 상기 제2 중심 만곡부의 각 일단에서 연장되어 상향 만곡되도록 형성되는 한 쌍이 주만곡부; 상기 주만곡부의 각 일단에서 연장되어 상향 만곡되도록 형상되는 한 쌍의 보조 만곡부를 포함하는 광 소결 장치가 제공될 수 있다.

상기 제1 중심 만곡부와 상기 제2 중심 만곡부 사이에는 이격 홈이 형성되되, 상기 제1 중심 만곡부와 상기 제2 중심 만곡부의 각각의 일단은 상기 이격 홈에 접하며, 상이 이격 홈에 접하는 부분을 기준으로 하향되는 원호 형상으로 형성될 수 있다.

상기 이격 홈의 하부 중심 위치에 대응되도록 제1 발광부가 배치되되, 상기 이격 홈의 내부 측면은 상기 제1 발광부에 의해 발산된 광 중 상향으로 발산된 광을 반사시킬 수 있다.

상기 이격 홈의 하부 중심 위치에 대응되도록 제1 발광부가 배치되되, 상기 이격 홈의 내부 면 중 일부는 상기 제1 발광부에 의해 발산된 광 중 상향으로 발산된 광을 반사시키지 않을 수 있다.

상기 이격 홈의 내부 면 중 일부는 상부면이다.

상기 이격 홈은 상기 광 소결 장치의 외부면에 형성되는 하우징과 접하도록 형성될 수 있다.

상기 제1 중심 만곡부 및 상기 제2 중심 만곡부 사이의 하부 중심 위치에 대응하여 제1 발광부가 위치되며, 상기 제1 보조 만곡부 및 상기 제2 보조 만곡부의 하부에 한 쌍의 제2 발광부가 각각 위치되되,

상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부 중 어느 하나는 제논 램프이며, 다른 하나는 자외선 램프 또는 적외선 램프이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치를 제공함으로써, 건조 및 소결을 함께 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 대면적에도 광 소결 효율이 향상되고, 광 균일도가 향상되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 발광부의 광 균일도를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 발광부의 광 균일도를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 소결 장치를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법을 나타낸 도면.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 발광부의 광 균일도를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 발광부의 광 균일도를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

광 소결 장치(100)는 피처리물을 건조하고 소결하는 장치이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 하우징(70), 하우징(70)의 내측에 위치되는 반사갓(30) 및 반사벽(40)을 포함하고, 반사갓(30)의 하측에는 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)가 위치된다.

여기서, 반사갓(30) 및 반사벽(40)은 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20) 중 적어도 하나에 의해 출사된 광을 피처리물 상면 방향으로 반사시킬 수 있다.

여기서, 피처리물은 플라스틱, 종이, 필름, 유리, 기판(S) 등에 패터닝된 미세금속입자 및 전구체 등으로서, 광소결되는 대상 물질을 의미한다. 이때, 피처리물은 구리, 철, 몰리브데넘, 니켈, 알루미늄, 금, 백금 등의 금속뿐만 아니라, 티타늄옥사이드, 리튬코발트산화물, 실리콘산화물 등이 세라믹을 포함할 수 있다. 또한 피처리물은 나노 또는 마이크로 크기일 수 있는데, 이 경우에 입자의 표면적 비가 커지게 되어 광흡수도가 증가한다. 예를 들어, 피처리물은 기판(S) 상에 인쇄된 금속 나노잉크로서, 건조 및 소결 단계를 거쳐서 태양전지 등과 같은 전자기기의 전극을 형성될 수 있다. 다만, 피처리물이 반드시 전극을 형성하는 금속 나노잉크에 한정되는 것은 아니다. 이렇게 기판(S) 등에 패터닝된 피처리물은 광에 의해 건조되고, 소결되는데 이때 광은 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20) 중 적어도 하나에서 발생된다.

제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)는 각각 광을 발산하는 광원이다. 여기서, 제2 발광부(20)는 각각 한 쌍으로 구성될 수 있으며, 제1 발광부(10)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

또한, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)는 도면에는 도시되어 있지 않으나 동일한 평면상에 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 제2 발광부(20)는 제1 발광부(10)가 배치된 평면보다 아래에 배치될 수 있다.

또한, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)는 소정의 길이를 갖는 원통형 형태로 형성될 수 있다. 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)는 길이 방향에 수직한 방향으로 절단된 횡단면(원판형 단면)의 지름은 100mm 이하일 수 있다.

다만, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)의 형태 및 지름이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태로 형성되거나 횡단면의 지름이 다를 수 있음은 자명하다.

또한, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)는 각각 피처리물 건조 단계와 소결단계에서 선택적으로 온/오프될 수 있다. 즉, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20) 중 적어도 하나 이상의 광이 피처리물에 조사될 수 있다.

제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)는 각각 제논램프(xenon lamp), 적외선 램프, 자외선 램프 중 어느 하나일 수 있다. 물론, 램프는 상술한 램프로 한정되는 것은 아니며 다른 램프가 이용될 수도 있음은 당연하다.

제논 램프는 제논가스 속에서 일어나는 방전에 의해 발광하는 램프로서, 60nm 내지 2.5 nm 사이의 넓은 파장대역의 광스펙트럼을 갖는 극단파 백색광을 발생시킨다. 이러한 백색광이 피처리물에 조사되어 광소결할 수 있다.

적외선 램프는 적외선광을 발생시키는 광원으로, 건조 단계에서 피처리물을 건조하는 용도로 사용된다.

자외선 램프는 자외선 광을 발생시키는 광원으로 소결 단계에서 제논램프와 함께 사용될 수 있다. 제논램프의 백상관에 의한 소결과정에서 자외선광을 조사하면 백색광 에너지가 작더라도 소결이 가능하다. 그 이유는 피처리물이 금속 나노잉크인 경우, 자외선 광이 잉크내 함유된 고분자를 연결하는 연결고리를 끊는 역할을 하기 때문이다. 또한, 제논 램프, 자외선 램프, 적외선 램프에 의한 복합 광조사를 통해 높은 소결균일성을 유지하고 소결효율을 상승시킬 수 있다.

따라서, 적외선 램프를 제2 발광부(20)로 하여 피처리물을 건조한 후, 제논램프를 제1 발광부(10)로 하거나 제2 발광부(20)를 제논램프로 교체하여 소결할 수 있다. 즉, 소결과정에서 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20) 중 어느 하나는 제논 램프일 수 있다. 이때, 제논램프가 아닌 다른 발광부는 오프되거나 또는 자외선팸프로서 복합 광조사할 수도 있다.

이러한, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)에서 발산된 광은 상하좌우 방향으로 발산되어 하부에 배치된 피처리물에 조사된다. 이때, 상향으로 발산된 광은 반사갓(30)에 의해 반사되어 피처리물에 조사될 수 있다.

도 1에는 광 소결 장치(100)의 중심 만곡부(31) 하부에 제1 발광부(10)가 위치되며, 보조 만곡부(33)의 하부에 한 쌍의 제2 발광부(20)가 위치되는 것으로 도시되어 있다.

다른 예를 들어, 광 소결 장치(100)는 도면에는 도시되어 있지 않으나, 중심 만곡부(31)의 하부에 제1 발광부(10)가 위치되며, 주만곡부(32)의 하부에 한 쌍의 제2 발광부가 위치되고, 보조 만곡부(33)의 하부에 한 쌍의 제3 발광부가 위치될 수도 있다.

반사갓(30)은 소정의 길이를 갖는 소정의 형상으로 형성된다. 반사갓(30)의 하부면은 제1 발광부(10) 및 제3 발광부(20) 위에 배치되어, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)에서 발산된 광 중 상향으로 발산된 광을 반사하는 기능을 한다.

반사갓(30) 하부면의 중심부(L) 아래에 제1 발광부(10)가 배치될 수 있다. 또한, 반사갓(30) 하부면은 길이 방향을 따라 중심부(L)를 통과하는 중심선을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 형성될 수 있다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 반사갓(30)의 하부면은 도 2에 도시된 바와 같이, 중심 만곡부(31), 주만곡부(32) 및 보조 만곡부(33)를 포함하도록 형성된다.

이때, 반사갓(30)의 하부면의 중심선을 기준으로 중심 만곡부(31)가 형성되며, 중심 만곡부(31)의 양단부에 각각 주만곡부(32)가 접하도록 형성되고, 주만곡부(32)의 양단에 보조 만곡부(33)가 접하도록 형성된다.

도 2를 참조하면, 반사갓(30)의 중심 만곡부(31)를 기준으로 한 쌍의 주만곡부(32)와 한쌍의 보조 만곡부(33)가 좌우 대칭구조로 형성됨을 알 수 있다.

중심 만곡부(31)는 제1 발광부(10) 위에 형성된다. 이때, 중심 만곡부(31)는 반사갓(30)의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되는 만곡된 형상으로 형성된다. 중심 만곡부(31)의 상향으로 가장 오목하게 함몰되는 중심이 반사갓(30)의 중심부(L)의 중심선의 위치에 대응되도록 형성되며, 중심선을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 만곡된 형태로 형성될 수 있다.

중심 만곡부(31)는 제1 발광부(10)에서 발산된 광 중 상향으로 발산된 광을 반사하는 기능을 한다.

주만곡부(32)는 중심 만곡부(31)의 양단에 각각 일대일 대응으로 서로 접하여 형성되며, 중심 만곡부(31)를 기준으로 좌우 대칭을 이루도록 형성될 수 있다.

주만곡부(32)는 중심 만곡부(31)와 마찬가지로, 반사갓(30)의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되어 만곡된 형태로 형성된다.

따라서, 중심 만곡부(31)의 좌측단에는 제1 주만곡부가 접하여 형성되며, 중심 만곡부(31)의 우측단에는 제2 주만곡부가 접하여 형성된다.

보조 만곡부(33)는 반사갓(30)의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되어 만곡된 형태로 형성된다.

이러한, 보조 만곡부(33)의 각각의 일단은 한 쌍의 주만곡부(32)의 각각의 타단에 일대일 대응되도록 서로 접하여 형성된다. 즉, 한 쌍의 주만곡부(32)를 중심으로 양측에 보조 만곡부(33)가 좌우 대칭을 형성하도록 하나씩 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 주만곡부(32)의 좌측단에는 제1 보조 만곡부가 접하여 형성되고, 주만곡부(32)의 우측단에는 제2 보조 만곡부가 접하여 형성된다.

또한, 한 쌍의 보조 만곡부(33)의 아래에는 각각 한 쌍의 제2 발광부(20)가 각각 하나씩 배치된다. 이로 인해, 제2 발광부(20)에 의해 발산된 광 중 상향으로 발산된 광은 보조 만곡부(33)에 의해 반사되어 피처리물로 조사될 수 있다.

이러한, 반사갓(30)은 금, 은, 알루미늄, 철 등 다양한 금속, 및 세라믹, 알루미나 등 비금속 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합되어 제조될 수 있다. 그러나, 반사갓(30)이 반드시 상술한 재료로 제조되어야 하는 것은 아니며, 이러한 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상을 혼합한 혼합물이 반사갓(30)의 하부면에 코팅되어 제조될 수도 있다.

다시 정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 반사갓(30)의 하부면이 중심부(L)를 기준으로 좌우 대칭되도록, 중심 만곡부(31)가 상향으로 만곡되어 형성되고, 중심 만곡부(31)의 각각의 측단에서 한 쌍의 주만곡부(32)가 연장되어 상향으로 만곡되어 형성되며, 주만곡부(32)의 각각의 측단에서 한 쌍의 보조 만곡부(33)가 연장되어 상향으로 만곡되어 형성된다.

또한, 반사갓(30)의 중심부를 기준으로 중심 만곡부(31) 아래에는 제1 발광부(10)가 배치되고, 제2 발광부(20)는 한 쌍의 보조 만곡부(33) 아래에 각각 배치됨으로써, 제1 발광부(10) 내지 제2 발광부(20)에서부터 각각 발산된 광 중 상향으로 발산된 광이 중심 만곡부(31), 한 쌍의 주만곡부(32) 및 한 쌍의 보조 만곡부(33)에 의해 반사되어 피처리물에 조사된다.

다른 예를 들어, 반사갓(30)의 중심부를 기준으로 한 쌍의 주만곡부(32) 각각의 아래에는 한 쌍의 제1 발광부(10)가 배치되고, 한 쌍의 제2 발광부(20)는 한 쌍의 보조 만곡부(33) 아래에 각각 배치됨으로써, 제1 발광부(10) 내지 제2 발광부(20)에서부터 각각 발산된 광 중 상향으로 발산된 광이 중심 만곡부(31), 한 쌍의 주만곡부(32) 및 한 쌍의 보조 만곡부(33)에 의해 반사되어 피처리물에 조사될 수도 있다.

이때, 적외선 램프를 제2 발광부(20)로 하여 인쇄된 피처리물을 건조하고, 제논램프를 제1 발광부(10)로 하거나 또는 제2 발광부(20)를 제논램프로 교체하여 소결하되, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20) 중 제논램프가 아닌 발광부를 자외선램프로 하여 복합 광조사할 수도 있다.

따라서, 높은 소결 균일성 및 전기전도도를 얻을 수 있고, 대면적 소결이 가능하며, 건조와 소결을 연속적으로 수행할 수 있는 이점이 있다. 이를 통해, 대량생산 및 고속생산을 통한 생산성 향상과 제조원가 하락에 기여하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 한 쌍의 반사벽(40)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 반사벽(40)은 한 쌍으로서, 반사갓(30)의 양단으로부터 각각 하향으로 연장되어 형성된다. 이러한 반사벽(40)은 반사갓(30)을 지지하는 역할 이외에도, 내면에서 피처리물에서 빗겨 나가는 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)에 의해 발산된 광을 반사시켜 피처리물로 조사하는 역할을 수행할 수 있다.

이러한 반사벽(40)은 반사갓(30)과 마찬가지로 금, 은, 알루미늄, 철 등 다양한 금속, 및 세라믹, 알루미나 등 비금속 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합되어 제조될 수 있다.

그러나, 반사벽(40)은 반사갓(30)과 마찬가지로 반드시 상술한 재료로 제조되어야 하는 것은 아니며, 이러한 재료 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물이 반사벽(40)의 내면에 코팅되어 제조될 수도 있다.

여기서, 반사벽(40)의 내면은 한 쌍의 반사벽(40)이 서로 마주보는 면으로서, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)에 의해 발산된 광 중 일부를 반사할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 반사갓(30) 및 반사벽(40)을 커버하는 하우징(70)을 더 포함할 수 있다. 하우징(70)은 반사갓(30)의 상부면 및 반사벽(40)의 외면을 둘러싸서, 반사갓(30)과 반사벽(40)을 고정하고, 외부의 충격으로부터 반사갓(30)과 반사벽(40)을 보호하는 역할을 수행한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 피처리물을 고정하는 고정부(50)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 고정부(50)는 한 쌍의 반사벽(40) 사이에 피처리물을 고정 배치시키되, 반사벽(40)의 말단, 즉 반사벽(40)의 최하단으로부터 소정의 간격만큼 하향으로 이격 배치된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 광 필터(60)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 광 필터(60)는 광 중에서 특정 파장의 대역을 갖는 성분을 선택적으로 투과시키거나 차단하는 광학소자이다. 이러한 광 필터(60)는 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)보다 아래에 배치되어 피처리물 또는 피처리물이 인쇄된 기판 등에 따라서 백색광, 적외선광, 자외선광의 파장 대역을 제어하는 역할을 한다.

이때, 광 필터(60)는 반사벽(40)에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 반사벽(40) 각각의 내면에는 광 필터(60)가 슬라이딩되도록 슬라이딩홈이 형성되어 탈착가능하게 부착될 수 있다. 다만, 광 필터(60)가 반드시 반사벽(40)에 고정되거나 슬라이딩되어 탈부착되어야 하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치의 광 소결 효율은 반사갓(30)의 중심 만곡부(31), 주만곡부(32) 및 보조 만곡부(33)의 형성, 제1 발광부(10) 및 발광부(20)의 위치, 반사벽(40)의 높이 및 배치 등 다양한 변수 및 각 변수와의 관계에 의해 결정된다.

따라서, 최적의 광소결 효율을 갖는 조건이 도출될 필요가 있다. 이하에서는 도 2를 기초로 구체적으로 설명하기로 한다.

향상된 광소결 효율을 갖는 반사갓(30)의 형상, 곡률 등은 MATLAB 프로그램을 통해 최적화하여 설계하였다. 또한, 반사갓(30)의 형상, 곡률에 대응하여 제1 발광부(10) 및 제3 발광부(20)의 위치, 반사벽(40)의 높이 및 배치 등을 설정하였다. 그 결과 최적화된 변수 및 서로 다른 변수와의 관계는 아래와 같다.

반사갓(30)의 중심부(L)에서부터 제1 발광부(10) 중심까지의 수직 거리는 100mm 이하이고, 제1 발광부(10)의 중심에서부터 고정부(50)까지의 수직 거리는 60 ~ 150mm 일 수 있다. 이때, 반사갓(30)의 중심부에서 제2 발광부(20) 중심까지의 수직 거리는 50mm이하 일 수 있다.

또한, 중심 만곡부(31)는 원호 반지름이 1 ~ 100mm인 원호 형상으로 형성될 수 있다.

주만곡부(32)는 원호 반지름이 10 ~ 100mm인 원호 형상으로 형성될 수 있으며, 주만곡부(32) 양단을 연결하는 현의 길이는 10 ~ 200mm 이하일 수 있다. 이때, 반사갓(30)의 중심부에서부터 제2 발광부(20) 중심까지의 수직 거리는 주만곡부(32)를 형성하는 현의 길이보다 짧을 수 있다.

제1 발광부(10)를 통과하는 수평선과 제1 발광부(10)에서부터 제2 발광부(20) 방향으로 연장되는 가상선은 소정의 각도를 이룰 수 있다.

보조 만곡부(33)는 원호 반지름이 1 ~ 100mm인 원호 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 제2 발광부(20)는 외면이 보조 만곡부(33)의 원호 중심에 접하며 하향으로 배치될 수 있다. 이때, 보조 만곡부(33)의 원호 중심에서부터 제2 발광부(20)의 중심까지의 거리는 보조 만곡부(33)의 원호 반지름보다 짧을 수 있다.

반사벽(40)은 반사갓(30)에 대해 수직방향으로 배치되고, 반사갓(30)의 중심부(L)에서부터 반사벽(40)의 말단, 즉 최하단까지의 수직 거리는 300mm 이하일 수 있다. 여기서, 반사갓(30)의 중심부에서부터 반사벽(40)의 내면까지의 수평 거리는 주만곡부(32)의 양단을 연결하는 현의 길이보다 길 수 있다. 이때, 반사갓(30)의 중심부(L)에서부터 반사벽(40)의 말단까지의 수직 거리는 반사갓(30)의 중심부에서부터 제1 발광부(10) 중심까지의 수직 거리보다 길게 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피처리물에 도달한 제1 발광부의 광원의 세기가 균일하게 분포됨을 알 수 있다. 도 3의 (a)는 제1 발광부의 광원의 세기를 3차원 그래프로 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 z축 방향으로 바라본 2차원 데이터로서, 전 면적에 걸친 광원의 세기가 균일한 것을 알 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치는 피처리물에 도달한 제2 발광부의 광원의 세기가 균일하게 분포됨을 알 수 있다. 도 4의 (a)는 제2 발광부의 광원의 세기를 3차원 그래프로 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 z축 방향으로 바라본 2차원 데이터이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 소결 장치를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 소결 장치(500)는 반사갓(530)의 구조가 도 1의 반사갓(40)과는 다르며, 나머지 구조는 모두 동일하다.

따라서, 이하에서는 상이한 반사갓(530)의 구조에 대해서만 설명하기로 하며 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 광 소결 장치(500)의 반사갓(530)은 하부면의 중심부(L)를 기준으로 좌우 대칭되도록 형성된다.

*도 1과는 달리, 반사갓(530)의 하부면의 중심부(L)에는 이격 홈(535)이 형성된다.

이격 홈(535)은 반사갓(530)의 하부면 중심부(L)로부터 일정 간격을 가지도록 형성되며, 반사갓(530)의 하부면 중심부(L)로부터 수직 방향으로 일정 깊이를 가지며 형성된다.

이격 홈(535)의 형상은 사각형, 원형, 다각형 등의 다양한 형상일 수 있으며, 제1 중심 만곡부(531a)와 제2 중심 만곡부(531b)를 일정 간격 이격시킬 수 있는 형상인 경우 제한 없이 적용될 수 있다.

이격 홈(535)을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 제1 중심 만곡부(531a), 제2 중심 만곡부(531b)가 이격 홈(535)의 각각의 양단에 접하도록 형성된다.

제1 중심 만곡부(531a) 및 제2 중심 만곡부(531b)는 이격 홈(535)와 접하는 부분을 기준으로 하향 만곡된 형상으로 형성된다. 즉, 제1 중심 만곡부(531a) 및 제2 중심 만곡부(531b)의 원호는 부채꼴 형상의 호(弧)와 같은 형상으로 형성될 수 있다. 제1 중심 만곡부(531a) 및 제2 중심 만곡부(531b)는 이격 홈(535)에 접하는 부분이 가장 상향되되, 이격 홈(535)에 접하는 부분을 기준으로 하향 만곡되어 원호 형상을 가지도록 형성될 수 있다.

이격 홈(535)의 내부 측면은 반사갓(530)의 하부에 배치되는 제1 발광부(510) 및 제2 발광부(520)에 의해 발산되는 광 중 상향으로 발산된 광을 피처리물로 반사시킬 수 있는 재료로 구성되거나 해당 재료 조성물이 도포될 수 있다.

다른 예를 들어, 이격 홈(535)의 내부 측면은 반사갓(530)의 하부에 배치되는 제1 발광부(510) 및 제2 발광부(520)에 의해 발산되는 광 중 상향으로 발산된 광을 반사시키지 않는 재료로 구성되거나 해당 재료 조성물이 도포될 수도 있다.

또한, 이격 홈(535)의 내부 상부면은 반사갓(530)의 하부에 배치되는 제1 발광부(510) 및 제2 발광부(520)에 의해 발산되는 광 중 상향으로 발산된 광을 반사시키지 않는 재료로 구성되거나 해당 재료 조성물이 도포될 수 있다.

다시 정리하면, 이격 홈(535)의 내부면 중 일부는 반사갓(530)의 하부에 배치되는 제1 발광부(510) 및 제2 발광부(520)에 의해 발산되는 광 중 상향으로 발산된 광을 반사시키지 않는 재료로 구성되거나 해당 재료 조성물이 도포되어 형성될 수 있다.

또한, 이격 홈(535)는 반사갓(530)의 하부면에서 일정 깊이를 가지도록 형성될 수도 있으며, 구현 방법에 따라 반사갓(530)의 외부면에 형성되는 하우징(570)와 접하도록 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법을 나타낸 도면이다.

단계 610에서 제1 공정으로 금속 나노 잉크를 인쇄한다. 금속 나노 잉크는 기판에 인쇄되어 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 기판은 플라스틱, 필름, 종이, 유리 등이 될 수 있다.

단계 620에서 제2 공정으로 금속 나노 잉크를 건조한다.

이 경우, 적외선을 발산하여 기판(S) 상의 피처리물을 가열함으로써, 피처리물을 건조시킬 수 있다.

단계 630에서 제3 공정으로 금속 나노 잉크를 소결한다.

금속 나노 잉크의 소결 공정은 금속 나노 잉크를 건조하는 공정과 동시에 수행될 수도 있으며, 금속 나노 잉크의 건조 공정이 완료된 이후 수행될 수도 있다.

광 소결 장치(100)는 제1 발광부(10) 내지 제2 발광부(20) 중 적어도 하나를 통해 제논램프 광을 피처리물이 형성된 기판에 조사하여 피처리물을 소결시킬 수 있다. 이하에서는, 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해, 제1 발광부(10)가 제논램프인 것을 가정하여 설명하며, 제2 발광부(20)가 적외선 램프인 것을 가정하여 설명하기로 한다.

이러한, 소결 공정에서 적외선 램프인 제2 발광부(20)은 오프되며, 제1 발광부(10)만 온(On)될 수 있다. 제논 램프에서 발산된 백색광의 조사를 통한 소결 공정은 펄스 하나를 조사하는 단펄스 소결, 백색광의 에너지를 여러 펄스로 나누어 조사하는 다중펄스 소결 또는 다중 펄스를 통해 예열한 후 단펄스를 통해 소결하는 2 스텝 소결로 이루어질 수 있다.

다만, 소결 공정에서 적외선 램프인 제2 발광부(20)가 반드시 오프되어야 하는 것은 아니다. 건조 공정 이후에 제2 발광부(20)를 적외선 램프에서 자외선 램프로 교체할 수도 있다.

이와 같은 경우, 소결 공정에서 자외선광을 백색광과 함께 복합적으로 조사할 수 있다. 이때, 2스텝 소결의 경우, 예열 또는 소결 과정 중 어느 하나의 단계에서 자외선램프를 오프할 수도 있다.

다른 예를 들어, 광 소결 장치(100)는 제1 발광부(10)를 자외선램프로 하며, 제2 발광부(20)를 적외선 램프로 구성할 수 있다.

이와 같은 경우, 광 소결 장치(100)는 금속 나노 잉크를 건조하는 공정에서, 제2 발광부(20)를 통해 적외선을 조사하여 인쇄된 금속 나노잉크를 건조시킬 수 있다. 금속 나노잉크를 건조한 후, 제2 발광부(20)를 적외선 램프에서 제논램프로 교체할 수 있다.

따라서, 소결 공정은 제2 발광부(20)를 적외선 램프에서 제논램프로 교체한 후 백색광을 조사하여 건조된 금속 나노잉크를 소결할 수 있다. 이때, 제1 발광부(10)가 자외선 램프로, 자외선광을 백색광과 함께 복합적으로 조사할 수도 있다.

여기서, 소결 공정은 이미 전술한 바와 같이, 단펄스 소결, 다중펄스 소결 또는 다중펄스를 통해 예열 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결을 진행할 수 있다. 이와 같은 2스텝 소결 공정의 경우, 예열 또는 소결 과정 중 어느 하나의 과정에서 자외선램프를 오프할 수도 있다.

다른 실시예로, 광 소결 장치(100)의 제1 발광부(10)는 제논램프일 수 있다. 따라서, 제2 발광부(20)를 적외선 램프로 하여, 적외선을 조사하여 금속 나노잉크를 건조한 후, 제2 발광부(20)를 제논램프로 교체한 후 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)를 통해 백색광을 조사하여 건조된 금속 나노잉크를 소결할 수 있다.

이때, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)에서 조사되는 백색광의 주파수 파장은 서로 상이할 수 있다.

즉, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)를 통해 서로 다른 주파수 파장을 갖는 백색광을 동시에 조사하는 경우, 일정 시간이 경과하면 2개의 백색광이 서로 중첩하여 오버랩 펄스(overlapped pulse)를 형성한다. 오버랩 펄스는 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(20)에서 조사된 백색광 각각의 에너지보다 더 큰 에너지를 가지고, 그 파형은 계단 형태에 가까워진다.

일반적으로, 계단 형태의 펄스를 만들기 위해서는 메인 파워제너레이터의 전기적인 신호를 제어해야 하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소결 장치(100)는 파워를 제어할 필요 없이 반사갓에 의해 계단 형태의 펄스를 형성할 수 있다.

이렇게 형성된 계단 형태의 펄스 파형을 소결에 사용함으로써, 금속 나노잉크의 전기전도성 및 인쇄된 필름의 우그러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광 소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법은 롤투롤 공정에도 적용될 수 있다. 즉, 피처리물이 인쇄된 기판이 좌측 반사벽에서 우측 반사벽으로 이동하는 경우에도 적외선 램프를 통해 피처리물을 건조시키고 제논램프를 통해 피처리물을 소결시킬 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 광 소결 장치
10: 제1 발광부 20: 제2 발광부
30: 반사갓 31: 중심 만곡부
32: 주만곡부 33: 보조만곡부
40: 반사벽 50: 고정부
60: 광 필터 70: 하우징

Claims

하우징의 내측에 위치되는 반사갓;
상기 반사갓의 양단으로부터 각각 하향으로 연장되어 형성되며 서로 마주보도록 형성된 한 쌍의 반사벽; 및
상기 반사갓의 하측에 위치되는 제1 발광부와 제2 발광부를 포함하되,
상기 반사갓은,
상기 반사갓의 하부면 중심부(L)을 기준으로 좌우 대칭되도록 상향으로 오목하게 함몰되는 만곡된 형상으로 형성되는 중심 만곡부;
상기 중심 만곡부의 양단에 각각 일대일 대응으로 서로 접하여 형성되며, 상기 중심 만곡부를 기준으로 좌우 대칭을 이루도록 형성되며 상기 반사갓의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되어 만곡된 형태로 형성되는 한 쌍의 주만곡부;
상기 한 쌍의 주만곡부의 각각의 타단에 일대일 대응되도록 서로 접하여 형성되며, 상기 한 쌍의 주만곡부를 기준으로 좌우 대칭을 이루도록 형성되며 상기 반사갓의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되어 만곡된 형태로 형성되는 한 쌍의 보조 만곡부를 포함하되,
상기 제1 발광부는 상기 중심 만곡부의 하부에 위치되며, 상기 제2 발광부는 상기 보조 만곡부의 하부에 각각 위치되되,
상기 반사갓의 중심부(L)에서 상기 반사벽의 내면까지의 수평거리는 상기 주만곡부의 양단을 연결하는 현의 길이보다 길고, 상기 반사갓의 중심부(L)에서 상기 반사벽의 말단까지의 수직 거리는 상기 제1 발광부 중심까지의 수직 거리보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부 중 적어도 하나는 제논 램프인 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.
반사갓; 및
상기 반사갓의 하측에 위치되는 제1 발광부와 제2 발광부를 포함하되,
상기 반사갓은,
상기 반사갓의 하부면 중심부로부터 일정 간격을 가지도록 형성되는 이격홈;
상기 이격홈을 기준으로 좌우 대칭되도록 형성되며, 상기 이격홈의 양단에 접하는 부분을 기준으로 하향 만곡된 형상으로 형성되는 제1 중심 만곡부와 제2 중심 만곡부;
상기 제1 중심 만곡부 및 상기 제2 중심 만곡부의 각 일단에서 연장되어 상향 만곡되도록 형성되는 한 쌍이 주만곡부;
상기 주만곡부의 각 일단에서 연장되어 상향 만곡되도록 형상되는 한 쌍의 보조 만곡부를 포함하되,
상기 이격 홈의 하부 중심 위치에 대응되도록 제1 발광부가 배치되되,
상기 이격 홈의 내부 면 중 일부는 상기 제1 발광부에 의해 발산된 광 중 상향으로 발산된 광을 반사시키지 않되,
상기 반사갓의 중심부(L)에서 상기 반사갓의 양단으로부터 각각 하향 연장되어 형성되는 반사벽의 내면까지의 수평거리는 상기 주만곡부의 양단을 연결하는 현의 길이보다 길고, 상기 반사갓의 중심부(L)에서 상기 반사벽의 말단까지의 수직 거리는 상기 제1 발광부 중심까지의 수직 거리보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.
제3 항에 있어서,
상기 이격 홈의 내부 면 중 일부는 상부면인 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.
제3 항에 있어서,
상기 이격 홈은 상기 광 소결 장치의 외부면에 형성되는 하우징과 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.
제3 항에 있어서,
상기 제1 중심 만곡부 및 상기 제2 중심 만곡부 사이의 하부 중심 위치에 대응하여 제1 발광부가 위치되며,
상기 한 쌍의 보조 만곡부 각각의 하부에 한 쌍의 제2 발광부가 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부 중 어느 하나는 제논 램프이며, 다른 하나는 자외선 램프 또는 적외선 램프인 것을 특징으로 하는 광 소결 장치.