KR20120053621A - 투명 플렉시블 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속화합물을 코팅하고 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 무기층을 형성함으로써 투습률 및 투산소율이 낮은 태양전지용 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속화합물을 코팅하고 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 무기층을 형성함으로써 투습률 및 투산소율이 낮은 태양전지용 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 p(정공)형 반도체와 n(전자)형 반도체가 접합(p-n 접합)된 부분에 빛을 조사하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한다.
유리를 기판으로 사용하는 태양전지 모듈은 그 우수한 투명성과 배리어(barrier) 특성으로 인하여 널리 사용되어 왔다. 이러한 유리를 기판으로 사용하는 태양전지 모듈이 폭 넓게 사용됨에도 불구하고 문제점이 없었던 것은 아니다.
그 문제점은 기판으로 사용하는 유리의 특성에 기인하는 것으로서, 충격에 약하고 무거우며, 휘어짐이 불가능할 뿐만 아니라, 사용되는 유리의 두께에 제한이 있다는 것이었다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법은 유리 기판을 플렉시블한 플라스틱 기판으로 대체하는 것이다.
최근, 태양전지 모듈의 기술발전이 이루어짐에 따라, 가스/수분 배리어 타입의 필름 역시 보다 경량이면서 우수한 가스/수분 차단성능이 요구되는 것뿐 아니라, 플렉시블 태양전지 모듈에도 사용할 수 있도록 필름을 자유롭게 굽히고 접을 수 있게 하는 특성이 요구되기 시작했다. 따라서, 무겁고 깨어지기 쉬우며, 대면적으로 사용하기 어려운 유리 기판을 대체하여 기재물질로서 투명 플라스틱 또는 수지 필름 등의 사용이 연구되고 있다.
이러한, 가스/수분 배리어 타입 필름의 우수한 기계적 유연성 및 가스/수분 배리어 특성은 태양전지 모듈에서뿐만 아니라, 액정 디스플레이(LCD), 유기발광다이오드(OLED) 및 이-페이퍼(EPD) 등 다양한 디스플레이에서도 요구되고 있다.
그러나, 플라스틱 또는 수지 필름 기재물질의 가스/수분 배리어 특성은 유리 기판의 가스/수분 배리어 특성에 비하여 열등하므로, 수증기나 산소가 기재 물질을 통해 스며들 수 있으며 이로 인해, 태양전지 모듈의 수명과 질을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다. 이러한 플라스틱 기재물질의 기체투과도에 대한 문제는 플라스틱 필름 자체의 성능 개선을 통해서는 해결하기 어렵기 때문에, 이를 위해 플라스틱 필름 표면에 산소 및 수증기와 같은 기체의 침투를 차단할 수 있는 박막을 증착하는 방법이 사용되고 있다.
근래, 산소 또는 수증기 등에 대한 배리어성 재료로서, 필름 기재물질에 산화 규소, 산화 알류미늄 등의 무기산화물을 진공 증착법, 스퍼터링법,이온도금(ion plating)법, 화학기상증착법 등으로 형성한 투명 가스배리어성 필름이 주목받고 있다. 그러나 이러한 투명 가스배리어성 필름은 일반적으로는 투명성, 강성이 우수한 2축 연신 폴리에스테르 필름(Polyester film)으로 이루어진 기재 면에 무기산화물 등을 증착한 필름이기 때문에 수지층이 연화할 우려가 있다. 즉, 증착박막의 제막 시 온도조건이 고온으로 설정되기 때문에 수지층에 대한 열적 부가에 기인하여 수지층이 연화할 우려가 있으며, 이로 인해 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리이미드 등의 내열성 수지에 그 사용이 제한된다는 문제점이 있다. 또한 영률이 낮은 수지의 경우는 증착가공시의 항장력이 낮아 증착막에 균열이 생기므로 가스 배리어성이 열화되기 쉽다는 문제점도 있다.
그리고, 증착을 실시하기 위하여는 계를 진공으로 유지해야만 하기 때문에 조작이 번잡할 뿐만 아니라, 장치가 고가라는 문제점 등이 있다. 따라서 오늘날에는 투명 가스 배리어성 필름을 보다 간편하게 얻어낼 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과 이온화된 금속화합물을 코팅하고 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 무기층을 형성하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 이온화된 금속화합물을 코팅하고 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 무기층을 형성함으로써 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고가의 증착장비를 사용하지 않고서도 저가의 비용으로 양산할 수 있는 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 투습률 및 투산소율이 낮으면서도 기계적 유연성이 우수하여 태양전지 모듈의 수명을 향상시킬 수 있는 할 수 있는 태양전지용 플렉시블 투명필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 투명 플렉시블 필름의 제조 방법에 있어서, a)투명기재필름의 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제1무기층을 형성하는 단계; 및 b)상기 제1무기층 상에 유기막층을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, b)단계 이후에 c)상기 유기막층 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제2무기층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 a)단계에서 상기 제1무기층은 하기의 반응식에 의해 형성된다.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 식에서, M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고,
상기 식에서, R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환 될 수 있음.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 a)단계에서 상기 제1무기층 및 상기 c)단계에서 상기 제2무기층은 하기의 반응식에 의해 형성된다.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 식에서, M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고,
상기 식에서, R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환 될 수 있음.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 투명기재필름은 폴리머 또는 플라스틱 재질의 필름이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 플라스틱 또는 폴리머는 폴리이서술폰(polyestersulfone), 폴리에틸렌(polyethyleme), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene), 에틸렌 테트라플로오 에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 고분자 물질로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 유기막 코팅에 이용되는 유기물질은 벤조 사이클로 부틴(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 a)단계에서 상기 제1무기층은 0.5~30㎛ 두께로 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 a)단계에서 상기 제1무기층 및 상기 c)단계에서 상기 제2무기층은 0.5~30㎛ 두께로 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단계 a), b) 및 c)를 상기 투명기재필름의 한면 또는 양면에 1회 실시하거나, 상기 투명기재필름의 한면 또는 양면에 반복적으로 실시한다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 또한 투명기재필름; 상기 투명기재필름 상에 형성된 제1무기층; 및 상기 제1무기층 상에 형성된 유기막층;을 포함하며, 상기 제1무기층은 하기의 반응식과 같이 이온화된 금속화합물이 공기중의 수분과 반응하고 자연 경화하여 형성된 M(OH)X인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름을 제공한다.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 식에서, M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고,
상기 식에서, R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환 될 수 있음
바람직한 실시예에 있어서, 상기 유기막층 상에 형성된 제2무기층;을 더 포함하며, 상기 제2무기층은 상기 반응식과 같이 이온화된 금속화합물이 공기중의 수분과 반응하고 자연 경화하여 형성된 M(OH)X인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 투명기재필름은 폴리머 또는 플라스틱 재질의 필름이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 플라스틱 또는 폴리머는 폴리이서술폰(polyestersulfone), 폴리에틸렌(polyethyleme), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene), 에틸렌 테트라플로오 에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 고분자 물질로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 유기막 코팅은 벤조 사이클로 부틴(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 유기물질을 이용한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1무기층은 0.5~30㎛ 두께이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1무기층 및 상기 제2무기층은 0.5~30㎛ 두께이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 한 면에 순차적으로 적층된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 한 면에 반복적으로 적층된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 양면에 각각 순차적으로 적층된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 양면에 각각 반복적으로 적층된다.
본 발명의 투명 플렉시블 필름 및 이의 제조방법은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명에 의하면 이온화된 금속화합물을 코팅하고 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 가스배리어성이 우수한 무기층을 형성함으로써 투습률 및 투산소율이 낮은 플렉시블 투명필름을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 무기층 형성시 스크린프린팅이나 스프레이 코팅 등의 공정을 이용하고, 공기 중의 수분과 반응하도록 자연경화시키기 때문에 고가의 증착 장비가 불필요하여 공정비용이 절감된다.
또한, 본 발명에 의한 투명 플렉시블 필름은 태양전지 모듈에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 액정 디스플레이(LCD), 유기발광다이오드(OLED) 및 이-페이퍼(EPD) 등 다양한 디스플레이에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 투습률 및 투산소율이 낮으면서도 기계적 유연성이 우수하기 때문에 태양전지 모듈의 수명을 향상시킬 수 있는 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름의 단면구성도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에 따른 투명 플렉시블 필름은 a)투명기재필름의 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제1무기층을 형성하는 단계 및 b)상기 제1무기층 상에 유기막층을 코팅하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 또한, b)단계 이후에 c)상기 유기막층 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제2무기층을 형성하는 단계;를 더 포함하여 제조할 수도 있다.
단계 a)에서 투명기재필름 상에 제1무기층을 형성한다. 형성되는 상기 제1무기층은 산소와 수증기와 같은 기체를 차단하는 1차 배리어층이다.
상기 투명기재필름은 폴리머 또는 플라스틱 재질의 필름 어느 것이나 사용할 수 있다. 본 발명에 적합한 고분자는 폴리이서술폰(polyestersulfone), 폴리에틸렌(polyethyleme), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene), 에틸렌 테트라플로오 에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides) 등이지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 투명기재필름의 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제1무기층을 형성한다. 이때 상기 제1무기층은 하기의 반응식에 의해 형성된다.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 반응식에서 M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고, 상기 반응식에서 R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환될 수 있다.
상기 M(OR)n으로 표현되는 금속화합물을 알코올에 녹인 후 촉매를 첨가하여 코팅용액을 제조하고, 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 이온상태의 금속화합물을 제조한다. 상기 금속산화물로서는 다양한 물질을 사용할 수 있으며 예를 들면, 테트라에톡시실란(Si(O?C2H5)4)을 사용할 수 있다.
상기 투명기재필름의 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하는 방법으로서는, 통상의 코팅방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 디핑(dipping)법, 롤 코트(roll court), 그라비아 코트(gravure court), 리버스 코트(reverse court), 에어 나이프 코트(air knife court), 콤마 코트(comma court), 다이 코트(die court), 스크린 인쇄법, 스프레이 코트(spray court), 그라비아 오프셋(gravure offset)법 등을 이용할 수 있다. 이러한 도공 방식을 이용하고 상기 투명기재필름의 한면 또는 양면에 코팅할 수 있다.
상기 투명기재필름의 표면에 코팅된 상기 이온화된 금속화합물은 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화시킨다. 자연 경화의 결과로써, 상기 nROH 물질(알코올 성분 물질)은 휘발하게 되고 상기 투명기재필름 상에는 제1무기층이 형성된다.
본 발명에서는 상기 제1무기층을 형성하는 데에, 일반적으로 사용하는 고주파조사, 적외선 조사, UV 조사 등의 건조공정을 사용하지 않고 자연경화하기 때문에 저가의 비용으로 간단하게 무기층을 형성할 수 있다.
상기 제1무기층은 0.5~30um 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
단계 b)에서 상기 제1무기층 상에 유기막층을 코팅한다. 상기 제1무기층을 포함한 상기 투명기재필름의 표면을 평탄화하고 안정화시키기 위해 상기 유기막층을 형성한다. 즉, 코팅된 상기 유기막층은 상기 제1무기층에 발생할 수 있는 핀홀과 크랙을 메워주는 역할을 할 뿐만 아니라, 평활도를 개선(Ra <2nm)시켜 주며, 치밀한 구성 성형을 완성시켜 주는 역할을 한다.
유기막층은 유기물질이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 본 발명에 적합한 유기물질은 벤조 사이클로 부틴(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol) 등이지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기막층을 코팅하는 방법으로서는, 상기 제1무기막층을 코팅하는데 이용한 통상의 코팅방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 디핑(dipping)법, 롤 코트(roll court), 그라비아 코트(gravure court), 리버스 코트(reverse court), 에어 나이프 코트(air knife court), 콤마 코트(comma court), 다이 코트(die court), 스크린 인쇄법, 스프레이 코트(spray court), 그라비아 오프셋(gravure offset)법 등을 이용할 수 있다.
계속하여 단계 c)에서 상기 유기막층 상에 제2무기층을 형성한다. 즉, 이온화된 금속화합물을 상기 유기막층 표면에 코팅하고, 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 상기 유기막층 상에 제2무기층을 형성한다. 상기 제2무기층은 산소와 수증기와 같은 기체를 차단하는 2차 배리어층으로서, 상기 제1무기층과 함께 기체를 차단하여 최종적으로 원하는 기체차단특성을 갖도록 한다. 상기 제2무기층은 상기 제1무기층 형성방법과 동일한 하기의 반응식에 의해 형성된다.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 반응식에서 M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고, 상기 반응식에서 R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환될 수 있다.
상기 M(OR)n으로 표현되는 금속화합물을 알코올에 녹인 후 촉매를 첨가하여 코팅용액을 제조하고, 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 이온상태의 금속화합물을 제조한다. 상기 금속산화물로서는 다양한 물질을 사용할 수 있으며 예를 들면, 테트라에톡시실란(Si(O?C2H5)4)을 사용할 수 있다.
이때 상기 제2무기층은 0.5~30㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 공정에 의해 제조된 투명 플렉시블 필름은 산소나 수증기 차단성능이 우수할 뿐만 아니라, 투명성 및 기계적 유연성도 우수하여 태양전지 모듈에 적용될 수 있다. SUS기판 상에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름을 적층하고, 상기 투명 플렉시블 필름상에 CIGS층을 형성하며, 전극을 형성하여 태양전지 단위 셀(cell)을 제조할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 투명 플렉시블 필름을 적용한 태양전지 모듈은 투습률 및 투산소율이 낮으면서도 기계적 유연성이 우수하기 때문에 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명 플렉시블 필름의 단면 구성도들이다.
본 발명은 도 1과 같이 투명기재필름(100)의 한 면에 제1무기층(110), 유기막층(120) 및 제2무기층(120)이 한 층씩 순차적으로 적층될 수 있으며, 도 2와 같이 상기 투명기재필름(100)의 한 면에 상기 제1무기층(110), 유기막층(120) 및 제2무기층(120)이 반복하여 적층될 수도 있다. 즉, 상기 제1무기층(110), 유기막층(120) 및 제2무기층(120)은 상기 투명기재필름(100) 상에 각각 한 층씩 또는 다층씩 순차적으로 적층될 수도 있고 반복적으로 적층될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 투명기재필름(100)의 한 면에 적층되는 형태뿐만 아니라, 도 3 및 도 4와 같이 상기 투명기재필름(100)의 양 면에 적층되는 형태 모두 본 발명의 범위에 포함된다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
투명기재필름(PET) 상에 제1무기층을 형성하기 위하여 개시물로서 테트라에톡시실란(Si(O?C2H5)4)을 아이피에이(IPA : Icosapentaenoic acid)에 녹여주고, 여기에 촉매를 첨가하여 25℃에서 2시간 동안 부분 교반하여 이온상태의 금속 화합물을 제조하였다. 상기 이온상태의 금속화합물을 100㎛ 두께의 상기 투명기재필름(PET)의 한쪽 면에 스핀코팅(spin court)한 후, 상온에서 6시간 자연 경화하여 전이 과정을 진행함으로써 제1무기층(Si(OH)4)을 형성하였다. 알파 스테퍼로 측정한 상기 무기층의 두께는 3㎛이었다.
상기 제1무기층 표면에 벤조사이클로부텐(BCB : benzocyclobutene)을 주성분으로 한 코팅제를 스핀코팅(spin court)에 의하여 도포하고, 진공 건조기로 120℃에서 2시간 동안 건조하여 유기막층을 형성하였다. 건조 후 알파 스테퍼로 측정한 상기 유기막층의 두께는 100㎛이었다. 상기 유기막층의 표면에 상기 제1무기층의 제조과정과 동일한 조건으로 반응하여 제2무기층을 형성함으로써 다층구조의 투명 플렉시블 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제조한 다층구조의 투명 플렉시블 필름에 대해, 표시장치용 기판으로서의 주요 요구물성인 산소 투과율, 수증기 투과율, 변형온도, 광투과도, 연필경도 및 평균거칠기를 하기의 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 산소 투과율: MOCON사의 OX-TRAN 2/20을 사용하여 ASTM D 3985의 방법으로 상온에서 0%의 상대습도로 측정하였다. 검출 한계는 0.01g/m 2?day이고, 그 검출 한계 미만의 경우는 0.01g/m 2?day 이하라고 나타낸다.
2) 수증기 투과율: PERMATRAN-W-3/33을 사용하여 ASTM F 1249의 방법으로 100%의 상대습도로 상온에서 24시간 동안 측정하였다. 검출 한계는 0.01g/m 2?day이고, 그 검출 한계 미만의 경우는 0.01g/m 2?day 이하라고 나타낸다.
3) 변형온도: Thermal Mechanical Analyzer (TMA)를 사용하여 5gf에서 길이변화가 급격하게 일어나는 변곡점으로 측정하였다.
4) 광투과도: ASTM D1003에 근거하여 각각 Varian사의 UV-분광계를 사용하여 가시광선 영역인 380에서 780㎚의 범위에서 측정하였다.
5) 연필경도: 200g의 하중하에서 경도가 다른 여러 가지 연필을 차례로 2번이상 스크래치를 하고, 연필자국을 육안으로 관찰하여 스크래치가 생기지 않는 연필의 경도를 필름표면의 연필경도로 측정하였다.
6) 중심선 평균 거칠기 Ra 및 최대 거칠기(Rmax)는 원자간 힘 현미경(세이코제 나노피쿠스)을 이용하여, 20㎛의 범위에서 중심선 평균 거칠기 Ra를 구했다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 투명기재필름 110 : 제1무기층
120, 140 : 유기막층 130 : 제2무기층
120, 140 : 유기막층 130 : 제2무기층
Claims (21)
- 투명 플렉시블 필름의 제조 방법에 있어서,
a)투명기재필름의 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기 중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제1무기층을 형성하는 단계; 및
b)상기 제1무기층 상에 유기막층을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, b)단계 이후에
c)상기 유기막층 표면에 이온화된 금속화합물을 코팅하고, 공기중의 수분과 반응하도록 자연 경화하여 제2무기층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 a)단계에서 상기 제1무기층은 하기의 반응식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 식에서, M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고,
상기 식에서, R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환될 수 있음.
- 제 2 항에 있어서,
상기 a)단계에서 상기 제1무기층 및 상기 c)단계에서 상기 제2무기층은 하기의 반응식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 식에서, M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고,
상기 식에서, R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환될 수 있음.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명기재필름은 폴리머 또는 플라스틱 재질의 필름인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 플라스틱 또는 폴리머는 폴리이서술폰(polyestersulfone), 폴리에틸렌(polyethyleme), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene), 에틸렌 테트라플로오 에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 고분자 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기막 코팅에 이용되는 유기물질은 벤조 사이클로 부틴(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 a)단계에서 상기 제1무기층은 0.5~30㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 a)단계에서 상기 제1무기층 및 상기 c)단계에서 상기 제2무기층은 0.5~30㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법.
- 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 단계 a), b) 및 c)를 상기 투명기재필름의 한면 또는 양면에 1회 실시하거나, 상기 투명기재필름의 한면 또는 양면에 반복적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름의 제조방법 - 투명기재필름;
상기 투명기재필름 상에 형성된 제1무기층; 및
상기 제1무기층 상에 형성된 유기막층;을 포함하며,
상기 제1무기층은 하기의 반응식과 같이 이온화된 금속화합물이 공기 중의 수분과 반응하고 자연 경화하여 형성된 M(OH)X인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
<반응식>
M(OR)n + nH2O -> M(OH)X + nROH
상기 식에서, M은 Si, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ti, Al, Ba, Zn, Ga, Ge, Bi, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속원소이고,
상기 식에서, R은 탄소수 1~20의 알킬기 또는 탄소수 6~20의 아릴기이고, R이 알킬일 경우 알킬기는 수소대신 불소로 치환될 수 있음
- 제 11 항에 있어서,
상기 유기막층 상에 형성된 제2무기층;을 더 포함하며,
상기 제2무기층은 상기 반응식과 같이 이온화된 금속화합물이 공기중의 수분과 반응하고 자연 경화하여 형성된 M(OH)X인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 투명기재필름은 폴리머 또는 플라스틱 재질의 필름인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 13 항에 있어서,
상기 플라스틱 또는 폴리머는 폴리이서술폰(polyestersulfone), 폴리에틸렌(polyethyleme), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 테레프탈염 폴리에틸렌(polyethylene terepthhalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 테레프탈염 폴리부틸렌(polybutylene terepthalate), 황화 폴리페닐렌(polyphenylene sulfide), 폴리플로필렌(polypropylene), 아라마이드(aramid), 폴리아미데마이드(polyamideimide), 폴리이미드(polyimide), 아로마틱 폴리이미드(aromaticpolyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 아크릴나이트릴 부타딘 스티렌(acrylonitrile butadienestyrene), 에틸렌 테트라플로오 에틸렌(Ethylene Tetrafluoroethylene) 및 염화 폴리비닐(polyvinyl chlorides)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 고분자 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 유기막 코팅은 벤조 사이클로 부틴(BCB : benzocyclobutene), 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리 비닐 페놀(PVP : polyvinyl phenol) 및 폴리 비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 유기물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제1무기층은 0.5~30㎛ 두께인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제1무기층 및 상기 제2무기층은 0.5~30㎛ 두께인 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 한 면에 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 한 면에 반복적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 양면에 각각 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제1무기층, 상기 유기막층 및 상기 제2무기층은 상기 투명기재필름의 양면에 각각 반복적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 투명 플렉시블 필름.
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